KR20000012012A - luminescent substrate LED device - Google Patents

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KR20000012012A
KR20000012012A KR1019990030713A KR19990030713A KR20000012012A KR 20000012012 A KR20000012012 A KR 20000012012A KR 1019990030713 A KR1019990030713 A KR 1019990030713A KR 19990030713 A KR19990030713 A KR 19990030713A KR 20000012012 A KR20000012012 A KR 20000012012A
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구라우치 노리타카
스미토모덴키고교가부시키가이샤
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    • A01G9/00Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/02Receptacles, e.g. flower-pots or boxes; Glasses for cultivating flowers

Abstract

PURPOSE: A LED is provided to radiate an intermediate color such as pink, red, yellow and white and so on by a single chip. CONSTITUTION: The radiation LED device has; a substrate made from a semiconductor crystal that adds impurities as a fluorescent center or an insulating crystal; and an epitaxial layer formed on the substrate and having a structure that is radiated by injecting a current. Then the device changes color of the device radiation by changing the structure element composition, the impurity element sort and the substrate thickness of the crystal substrate and also changing the structure of the epitaxial layer.

Description

발광기판LED소자{luminescent substrate LED device}Luminescent substrate LED device

본 발명은 단일소자로서 2종류의 발광피크를 가진 신규인 반도체발광소자의 구조에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 기판위에 발광층을 에피택셜성장시킨 단일LED구조로서 발광층의 광과 기판형광을 합성하여 핑크색, 적자색, 주황색, 황색, 백색 등의 중간색을 발생하는 LED에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a novel semiconductor light emitting device having two kinds of light emitting peaks as a single device. More specifically, the present invention relates to a single LED structure in which a light emitting layer is epitaxially grown on a substrate, wherein the light of the light emitting layer and the substrate fluorescence are synthesized to generate intermediate colors such as pink, red, orange, yellow, and white.

여러가지의 단색광을 발생하는 고휘도의 발광다이오드(LED)가 이미 실용화되고 있다. 적색LED로서는 AlGaAs나 GaAsP 등을 발광층으로하는 LED가 널리 사용되고 있다. 수Cd(칸델라)이상의 고휘도의 것이 저코스트로 제조된다. 적색이외의 단색LED도 몇개나 실용화되고 있다. 녹색·황록색용의 GaP, 청색용의 SiC, 청색·녹색용의 GaInN, 주황색·황색용의 AlGaInP를 활성층으로 사용한 LED가 저코스트의 LED로서 실용화되고 있다. 기판은 GaAs, GaP, SiC, 사파이어 등이다.High-brightness light emitting diodes (LEDs) generating various monochromatic light have already been put into practical use. As a red LED, LED which uses AlGaAs, GaAsP, etc. as a light emitting layer is used widely. High brightness of several Cd (candelas) or more is produced in low cost. Several monochromatic LEDs other than red have also been put to practical use. LEDs using green / yellow green GaP, blue SiC, blue / green GaInN, and orange / yellow AlGaInP as active layers have been put into practical use as low cost LEDs. The substrate is GaAs, GaP, SiC, sapphire or the like.

실용화되고 있는 LED의 색상과 활성층의 조성의 관계는 다음과 같다.The relationship between the color of the LED which is put into practical use and the composition of the active layer is as follows.

(1) 적색LED ... AlGaAs, GaAsP(1) Red LED ... AlGaAs, GaAsP

(2) 녹색·황록색LED ...GaP(2) Green / Yellow Green LED ... GaP

(3) 청색 ... SiC(3) Blue ... SiC

(4) 청색·녹색 ... GaInN(4) Blue, green ... GaInN

(5) 주황색·황색 ...AlGaInP(5) Orange, yellow ... AlGaInP

그러나 이들 LED는 모두 활성층에 있어서이 밴드갭간 천이(遷移)에 의한 발광을 이용하고 있다. 전자의 밴드갭천이에 의하므로 파장이 하나로 결정된다. 단일파장의 광이므로 단색이다. 밴드갭에서의 전자·정공(正孔)에 재결합에 의한 발광이므로 좁은 폭의 스펙트르를 가진다. 어느것이나 단일의 반도체재료의 밴드갭발광이므로 단색밖에 내지 못한다.However, all of these LEDs use light emission due to this interbandgap transition in the active layer. The wavelength is determined to be one because of the band gap transition of electrons. It is monochromatic because it is a single wavelength of light. Since light emission is caused by recombination of electrons and holes in a band gap, it has a narrow spectrum. Since both are bandgap emission of a single semiconductor material, only a single color is produced.

원색외에 몇개의 중간색을 발생할 수 있다. 그러나 중간색이라해도 단색인 것에 변함이 없다. 이제까지의 LED에 의해서 발생할 수 있는 색은, 적색, 주황색, 황색, 황록색, 녹색, 청녹색, 청색, 청자색, 자색 등이다. 이들은, 원색 또는 적색과 녹색의 중간색 또는 녹색과 청색의 중간색이다. 중간색이라해도 단색이지 복합한 색상은 아니다. 또한 적색과 청색의 중간색, 적색과 녹색과 청색의 중간색을 단일LED에 의해 발광시키는 것은 없었다.In addition to the primary colors, several neutral colors may be produced. However, even a medium color does not change to a single color. The colors that can be generated by the LEDs so far are red, orange, yellow, yellow green, green, blue green, blue, blue purple, purple and the like. These are primary colors or intermediate colors of red and green or intermediate colors of green and blue. Even medium colors are solid colors, not complex colors. In addition, none of the intermediate colors of red and blue and the intermediate colors of red, green and blue were emitted by a single LED.

중간색을 만들어내기 위해서, 적색, 녹색, 청색의 3원색 LED를 복수개 조합한 것이 사용된다. 3원색의 LED를 조합하면 어떠한 중간색도 만들어낼 수 있다. 그러나 다른 LED를 몇개나 조합하면 구조가 복잡해진다. 색이 분리되어 보이지 않는 연구도 필요하다. 조합이 아니고 단일LED에 의해서 중간색을 부여하는 것이 본 발명의 목적이다.In order to produce intermediate colors, a combination of a plurality of red, green, and blue three-color LEDs is used. Combining the three primary LEDs can produce any intermediate color. However, combining several different LEDs complicates the structure. There is also a need for research in which color is invisible. It is an object of the present invention to impart intermediate color by a single LED rather than a combination.

조명용도나 일부의 표시용도에는, 상기의 단색의 광원이 아니고, 적색과 청색의 중간색(적자색이나 핑크색)의 광원이나, 적색과 청색과 녹색의 중간색(백색)의 광원이 구하여지고 있다. 상기와 같이 통상의 LED에 의해서는 단색밖에 나오지 않는다. 조명, 표시에는 중간색이 필요하다. 그러므로 현재도 또한 조명, 표시에는 평광등이나 백열 등이 사용되고 있다.Instead of the above monochromatic light source, a light source of red and blue intermediate colors (fuchsia and pink) and a light source of red, blue and green intermediate (white) are obtained for the purpose of illumination and some display purposes. As described above, only a single color comes out of the normal LED. Lighting and display require neutral colors. Therefore, lighting and display are also used as a daylight or incandescent lamp.

이들 조명표시 등은 실적도 있고 취급이 간편하다는 등의 장점이 있다. 또 장치나 관구(管球)는 염가이다. 상용전원을 직접 접속해서 사용할 수 있는 등, 성숙한 기술이 가지는 이점이 있다. 그런데 백열구는 수명이 확실히 짧다. 빈번히 끊어지므로 자주 취환할 필요가 있다. 백열구는 발광효율이 나쁘다고하는 난점도 있다. 형광등은 수명에 대해서는 개선되고 있으나, 대형장치로 무겁다고 하는 결점이 있다.These lighting indicators also have advantages such as track record and easy handling. Moreover, the apparatus and the tube are inexpensive. There is an advantage of mature technology, such as being able to directly connect a commercial power supply. Incandescent bulbs, however, have a short lifespan. It is frequently cut off and needs to be taken frequently. Incandescent bulbs also have the disadvantage of poor luminous efficiency. Fluorescent lamps are improving for life, but have the drawback of being heavy with large devices.

LED는 전류를 직접 광으로 바꾸므로 효율이 좋다. 또 긴 수명이다. 또한 개개의 소자는 극히 가볍다. 원색 그대로로서 좋은 표시용도 등에는 LED도 사용되고 있으나, 백색이나 적자색, 핑크색 등의 색을 낼 수 없으므로 용도는 한정된다. 중간색을 내기위해서는 복수의 다른 LED를 짜맞출수밖에 없다. 그러나 그것은 복잡한 구조로 되어 고코스트가 된다.LEDs are efficient because they convert current directly into light. Another long life. In addition, the individual devices are extremely light. Although LED is also used for the display purpose etc. which are good as a primary color, use is limited because it cannot produce colors, such as white, a reddish purple, and pink. The only way to achieve a neutral color is to combine several different LEDs. But it's a complex structure, making it a high cost.

단하나의 LED에 의해 백색을 합성하는 시도가 이루어지고 있다. 이것은, GaInN을 사용한 고휘도의 청색LED와, YAG황색형광체를 짜맞춘것이다. 사파이어기판위에 GaN결정을 성장시키고, 또 GaInN활성층을 성장시켜 청색LED를 제작하는 기술이 확립되었으므로, 이 청색LED를 용융한 것이다. 이 백색LED는, Shuji Nakamura&Gerhard Fasol, "The Blue Laser Diode(GaN Based Light Emitters and Lasers)", January 1997, springer, p 216∼221(1997)에 소개되어있다.Attempts have been made to synthesize white by a single LED. This is a combination of a high brightness blue LED using GaInN and a YAG yellow phosphor. Since a technology for producing a blue LED by growing a GaN crystal on a sapphire substrate and growing a GaInN active layer has been established, the blue LED is melted. This white LED is introduced in Shuji Nakamura & Gerhard Fasol, "The Blue Laser Diode (GaN Based Light Emitters and Lasers)", January 1997, springer, p 216-221 (1997).

도 1에 그 문헌에 표시된 공지의 백색LED를 표시한다. 사파이어기판위에 GaInN/GaN의 구조를 형성한 청색LED(5)가 스템(2)의 움패임(4)속에 본딩되어 있다. LED의 P쪽(양극)전극, n쪽(음극)전극은 소자상부면에 있으나 이들이 스템(2),(3)에 와이어본딩되어 있다. GaInN-LED(5)의 위에는 YAG형광체(6)가 충전되어 있다. YAG(이트륨알루미늄가아닛)는 황색재료이며 청색광을 흡수해서 황색형광을 발생한다.1 shows a known white LED indicated in the document. A blue LED 5 having a GaInN / GaN structure formed on a sapphire substrate is bonded in the recess 4 of the stem 2. The P side (anode) electrode and the n side (cathode) electrode of the LED are on the upper surface of the device, but they are wire-bonded to the stems (2) and (3). The YAG phosphor 6 is filled on the GaInN-LED 5. YAG (yttrium aluminum garnet) is a yellow material and absorbs blue light to generate yellow fluorescence.

통상의 발광소자나 수광소자는 도전성기판을 사용하므로 칩저면이 전극이 되고 리드에 고쳐부착한다. 그러므로 와이어는 또한쪽의 상부면전극과 리드를 연결하는 1개로 끝난다. 그러나 GaN계의 청색LED는 사파이어기판위에 GaN나 GaInN층을 적층한다. 사파이어는 절연체이므로 저면을 음극으로 할 수 없다. 그래서 칩의 상부면에 n전극(음극)과 p전극(양극)을 병열해서 만든다. 그러므로 와이어는 2개 필요하게 된다. 양극으로부터 음극으로 전류를 흘리면 GaN계 LED가 청색을 낸다. 청색의 일부는 그대로 YAG형광체를 투과해서 외부로 출사된다. 나머지는 형광체(6)에 흡수되어 보다 파장이긴 황색을 낸다. 청색과 황색의 광이 겹쳐서 나온다. 합성된 광은 백색이다. 결국 이것은, GaN계 LED의 청색과 이에 의해서 여기된 형광체로부터의 황색이 합성되어서, 사람의 눈에 감지되므로 백색으로 보인다는 것이다.Conventional light emitting devices or light receiving devices use a conductive substrate, so the bottom of the chip becomes an electrode and is fixed to the lead. Therefore, the wire also ends with one connecting the upper electrode on the side and the lead. However, GaN-based blue LEDs stack a GaN or GaInN layer on a sapphire substrate. Since sapphire is an insulator, the bottom cannot be a cathode. Therefore, the n electrode (cathode) and the p electrode (anode) are arranged in parallel on the upper surface of the chip. Therefore, two wires are needed. When a current flows from the anode to the cathode, the GaN LED emits blue color. Part of the blue light passes through the YAG phosphor as it is and is emitted to the outside. The rest is absorbed by the phosphor 6 to give a longer wavelength yellow. Blue and yellow light overlaps. The synthesized light is white. This, in turn, means that the blue of the GaN-based LED and the yellow from the phosphors excited by it are synthesized, which is perceived by the human eye and thus appears white.

LED의 발광은 전자의 밴드간 천이에 의한 적극적인 발광이다. 형광체는 그 광을 흡수하고, 내부의 전자가 기저밴드로부터 위의 밴드에 여기되어 그 전자가 발광중심이라고 호칭되는 준위(準位)를 개재해서 기저밴드에 떨어질때에 광을 발생한다. 당연히 이 여기발광에서는 LED의 광보다 에너지가 낮은 광이 나온다. 적당한 형광체에 의해 LED를 둘러싸면 LED의 고유의 광과 그것보다 긴 파장의 형광이 나오게 된다. YAG형광체는 마침 황색의 광을 내므로, LED의 청색과 합성되어 백색으로 된다고한다. 가시광중에서 청색은 파장이 짧고 에너지가 높다. 청색발광소자가 존재하므로 이와 같은 일이 가능해진다.The light emission of LED is active light emission by the interband transition of the former. The phosphor absorbs the light and generates light when the electrons inside are excited from the base band to the upper band and fall to the base band via a level called the light emitting center. Naturally, the excitation light emits light having a lower energy than that of the LED. Surrounding the LED with a suitable phosphor produces the inherent light of the LED and fluorescence of longer wavelengths. The YAG phosphor emits yellow light, so it is synthesized with the blue color of the LED and becomes white. In visible light, blue has a short wavelength and high energy. Such a thing becomes possible because a blue light emitting element exists.

도 2에 GaInN/YAG발광소자의 발광 스펙트르를 표시한다. 횡축은 파장, 종축은 광강도(임의 눈금)이다. 460nm의 근방에 날카로운 발광피크가 있다. 이것은 청색LED(GaInN-LED)고유의 피크이다. 550nm를 중심으로 한 브로드한 피크가 있으나, 이것은 황색YAG의 형광에 의한 발광이다. 전자천이발광과 형광에 의해서 청색과 황색을 내게하고 있다. 육안은 색을 분리해서 관찰할 수 없으므로 백색발광과 같이 보인다. 1개의 LED이어도 백색을 만들 수 있다는 뜻이다.Fig. 2 shows light emission spectra of the GaInN / YAG light emitting device. The horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents light intensity (arbitrary scale). There is a sharp emission peak around 460nm. This is a peak inherent in blue LEDs (GaInN-LEDs). There is a broad peak centered at 550 nm, but this is light emission by fluorescence of yellow YAG. It emits blue and yellow by electron transition emission and fluorescence. The human eye cannot see the color separately, so it looks like white light. It means that even one LED can make white.

그러나, GaInN/YAG발광소자에는 몇개인가의 결점이 있다. GAInN계 LED란 전혀 이질의 물질인 YAG형광체를 여분으로 필요로 한다. 이것이 제 1의 결점이다. 투명도가 나쁜 YAG형광체를 칩위에 채우므로 LED로부터의 광의 다량이 흡수된다. LED의 청색이 바깥까지 좀체로 나오지 않으므로 효율이 극히 나쁘다. 청색LED단체(單體)로는 휘도1Cd(칸델라)이상, 외부양자효율이 5%이상이나, YAG에 의해 둘러싸서 백색LED로 하면, 휘도가 0.5Cd, 외부양자효율이 3.5%로 저하해버린다. 이것이 제 2의 결점이다.However, there are some drawbacks to the GaInN / YAG light emitting device. GAInN-based LEDs require extra YAG phosphors that are completely heterogeneous. This is the first drawback. A large amount of light from the LED is absorbed by filling the YAG phosphor with poor transparency on the chip. The blue color of the LED does not come out to the outside so that the efficiency is extremely bad. The blue LED alone has a brightness of 1 Cd (candela) or more and an external quantum efficiency of 5% or more, but when the white LED is surrounded by YAG, the brightness decreases to 0.5 Cd and the external quantum efficiency to 3.5%. This is a second drawback.

또, YAG형광재는 투명성이 나쁠뿐만아니고, 광변환효율 결국 화색을 만드는 능력자체도 낮다. 겨우 10%정도이다. 보았는 눈의 백색광의 색조(色調)를 난색계(暖色系)의 백색으로 하기 위해서 황색발광의 강도를 올릴려고 하면 형광재두께를 증가시킬 필요가 있다. 그렇게 하면 점점 흡수가 증가해서 휘도, 효율 함께 저하한다. 이것이 제 3의 결점이다. 제 4의 결점으로서는, 복잡한 제조공정을 필요로 하는 일이다.In addition, YAG fluorescent material is not only poor in transparency, but also has low light conversion efficiency and ability to make color. Only about 10%. It is necessary to increase the thickness of the fluorescent material when trying to raise the intensity of yellow light emission in order to make the color tone of the white light of the eye seen white to a warm color system. Doing so increases the absorption gradually and decreases the luminance and efficiency. This is a third drawback. The fourth drawback is that a complicated manufacturing process is required.

조명용, 표시용, 액정백라이트 등에 이용할 수 있는 백색LED의 필요(need)는 다대하나 백색이외의 중간색조에 대한 필요도 있다. 적색과 녹색의 중간색인 황색이나 주황색은 경고등이나 표시용도 쪽으로 큰 수요가 기대된다. 적색과 녹색의 중간색인 주황색이나 황색을 내는 단일한 LED는 제조가능하다. 그러나 어느것이나 저휘도이고 고코스트이다. 예를 들면 n형 GaAs기판위에 P형 Al GaInP의 층을 MOCVD법에 의해서 쌓은 LED가 황색을 낸다. 그런데 p형층에서의 전류의 확대가 나쁘므로 AlGaInP를 두껍게 해야한다. 그 때문에 고코스트로 되어 버린다. 또 휘도가 낮다. 고코스트저휘도라는 것은 LED로서는 큰 난점이다. 그 대신에, 보다 염가인 적색 LED(AlGaAs)와 녹색LED(GaP)의 2개의 LED를 조합해서 사용한다고 하는 일이 이루어진다. 또 색칠한 커버유리를 위에 얹는다고하는 연구도 이루어진다. 2종의 LED를 조합한 것은 구조가 복잡해 진다. 전원도 단순치않다. 보다 염가이고 주황색, 황색을 내는 고휘도단일 LED가 바람직하다. 또 적색청색의 중간색(핑크, 적색자색), 적색녹색청색의 중간색을 종래의 단일LED에 의해 만들어내는 일은 전해불가능하였다. 종래 기술의 난점을 극복하고, 단일의 LED에 의해서 적색, 청색의 중간색, 백색(적색, 청색, 녹색의 중간색)을 발생하는 LED를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.There is a great need for white LEDs that can be used for lighting, display, liquid crystal backlights, etc., but there is also a need for intermediate tones other than white. Yellow and orange, which are halfway between red and green, are expected to be in high demand for warning lights and display purposes. Single LEDs with orange or amber, half-red and green colors can be manufactured. But everything is low brightness and high cost. For example, an LED having a layer of a P-type Al GaInP layer on an n-type GaAs substrate by MOCVD produces yellow color. However, since the current expansion in the p-type layer is bad, AlGaInP must be thickened. Therefore, it becomes a high cost. In addition, the brightness is low. High cost, low brightness is a big challenge for LEDs. Instead, a combination of two LEDs, a more inexpensive red LED (AlGaAs) and a green LED (GaP), is used. In addition, research is also said to put on the cover glass painted. The combination of the two LEDs complicates the structure. The power is also not simple. Higher brightness single LEDs which are more inexpensive and give off orange and yellow colors are preferred. In addition, it has been impossible to produce a red blue mid color (pink, red purple) and a red green blue mid color by a conventional single LED. It is an object of the present invention to overcome the difficulties of the prior art and to provide LEDs which generate red, blue intermediate, white (red, blue, green intermediate) by a single LED.

일반적인 색도도(色度圖)를 도 19에 의해서 설명한다. 색도도는, 일반의 가시적인 광원색 혹은 물체색에 대해서 3원색인 적색, 녹색, 청색에 대한 자극치(인간의 눈속에 있는 「취대」(翠黛)라고 호칭되는 3종류의 시감각기가 느끼는 자극량)를 수치화함으로써, 평면좌표상에서 표시하기 위해서 연구된 도면이다. 임의의 광원의 발광스펙트르를 Q(λ)라 하면, 여기에 각각의 색을 인식하는 시감각기의 분광감도특성에 상당하는 등색함수를 곱한 것이, 각각의 색의 자극치가 된다. 결국, 적색에 대응하는 등색함수를 r(λ), 녹색에 대응하는 등색함수를 g(λ), 청색에 대응하는 등색함수를 b(λ)로 하면, 적색의 자극량X는 X=∫Q(λ)r(λ)dλ, 녹색의 자극량 Y는 Y=∫Q(λ)g(λ)dλ, 청색의 자극량Z는 Z=∫Q(λ)b(λ)dλ가 된다. 이들을 총자극량으로 규격하한, x=X/(X+Y+Z), y=Y/(X+Y+Z)에 의해 펼쳐지는 평면좌표가 도 17에 표시한 색도도이다. 원리상, 이 좌표계에서는 여하한 스펙트르을 가진 색도, 좌표상의 (0,0),(1,0),(0,1)을 연결해서 할 수 있는 직각 2등변 삼각형의 내부에 있는 일점으로서 표시된다.A general chromaticity diagram is explained with reference to FIG. The chromaticity diagram shows the stimulus values for the three primary colors of red, green, and blue (the amount of stimulation felt by three types of visual senses called `` gatherings '' in the human eye) with respect to the general visible light source color or object color. It is a figure studied to display on a plane coordinate by digitizing. When the light emission spectra of an arbitrary light source is Q (λ), the value of the stimulus of each color is multiplied by the equivalent color function corresponding to the spectral sensitivity characteristic of the visual sensor that recognizes each color. As a result, if the orange color function corresponding to red is r (λ), the green color function corresponding to green is g (λ), and the orange color function corresponding to blue is b (λ), the red stimulus amount X is X = ∫Q. (λ) r (λ) dλ, green stimulus amount Y is Y = ∫Q (λ) g (λ) dλ, and blue stimulus amount Z is Z = ∫Q (λ) b (λ) dλ. The planar coordinates unfolded by x = X / (X + Y + Z) and y = Y / (X + Y + Z), the lower limit of which is the total stimulus amount, are chromaticity diagrams shown in FIG. 17. In principle, in this coordinate system, the chromaticity of any spectra is represented as a point inside a rectangular isosceles triangle that can be connected by connecting (0,0), (1,0), (0,1) on the coordinates. .

색도도상에 있어서 단색광은 도 19중의 굵은 C형의 실선으로 표시된다. 이 형은, 등색함수의 형상으로부터 결정되므로, 예를 들면 550mm보다 긴 파장영역에서는, 청색의 감도가 0이므로, 단색광의 색도는 x+y=1의 직선상에 존재한다. 또 505nm보다 짧은 파장영역에서는, 청색이 증대하는 동시에, 적색에 상당하는 분광감도도 겨우 증가해가므로, 도면과 같이 직선 x=0(결국 y축)으로부터 어긋난 곡선을 그린다. C형곡선상의 장파장의 극한점과 단파장의 극한점은 직선으로 연결되어 있으나, 이 직선은 단색광에 대응하는 것은 아니고, 순자색(純紫)궤적이라고 호칭되고 있다. 이 C형의 곡선과 순자색궤적과의 둘러싸인 영역의 내부점이 중간색을 표시하게 된다. 이 중간색의 중심부가 백색의 영역이다. 도 19로부터 아는 바와 같이, 백색의 영역은 x=0.21∼0.49, y=0.2∼0.46정도의 범위에 존재한다. 본 발명에서 목적으로 하는 색은 종래의 LED에서는 할 수 없었다. 이 백색영역과 그 아래쪽의 핑크색, 자색, 적자색의 청적색 중간색영역, 및 종래의 LED에서는 높은 코스트 저휘도품밖에 없었던, 황색, 주황색의 적녹색중간색영역(백색영역의 우상측)이다.In the chromaticity diagram, monochromatic light is represented by a solid C-shaped solid line in FIG. Since this type is determined from the shape of the orange color function, for example, in the wavelength region longer than 550 mm, since the blue sensitivity is 0, the chromaticity of the monochromatic light exists on a straight line of x + y = 1. In addition, in the wavelength region shorter than 505 nm, blue increases and the spectral sensitivity corresponding to red only increases. Therefore, a curve deviated from the straight line x = 0 (y-axis) is drawn as shown in the drawing. Although the extreme point of the long wavelength and the short wavelength of the C-shaped curve are connected by a straight line, the straight line does not correspond to monochromatic light and is called a pure purple trajectory. The inner point of the enclosed area between the C-shaped curve and the pure purple color trajectory displays the intermediate color. The center of this intermediate color is the white area. As can be seen from FIG. 19, the white region exists in the range of x = 0.22 to 0.49 and y = 0.2 to 0.46. The color aimed at by this invention was not possible with the conventional LED. The white area, and the pink, purple, reddish-purple mid-range area below it, and the yellow and orange red-green intermediate area (the upper right side of a white area) which had only the high cost low luminance product in the conventional LED.

도 1(a)는 GaInN-LED의 위를 YAG형광재에 묻어넣은 종래예에 관한 백색LED소자전체의 단면도Fig. 1 (a) is a sectional view of the entire white LED device according to the conventional example in which the GaInN-LED is buried in a YAG fluorescent material.

도 1(b)는 GaInN-LED의 위를 YAG형광재에 묻어넣는 종래예 관한 백색LED소자의 YAG형광재와 LED칩의 근방만의 단면도Fig. 1 (b) is a sectional view of the vicinity of the YAG fluorescent material and the LED chip of the white LED device according to the prior art, which embeds the GaInN-LED on the YAG fluorescent material.

도 2는 도 1(a)의 백색LED의 발광스펙트르도FIG. 2 is a light emission spectrum diagram of the white LED of FIG.

도 3(a)는 본 발명의 실시예에 관한 중간색, 백색LED소자전체의 단면도Figure 3 (a) is a cross-sectional view of the whole intermediate, white LED device according to an embodiment of the present invention

도 3(b)는 본 발명의 실시예에 관한 중간색, 백색LED소자의 칩근방만의 단면도Fig. 3 (b) is a sectional view of only the vicinity of the chip of the intermediate and white LED device according to the embodiment of the present invention.

도 4는 전류주입발광과 기판형광발광을 이용한 본 발명의 LED의 원리를 설명하기 위한 스펙트르도. 파장A는 형광을 발생하기 위한 가장긴 파장, 파장B는 형광의 피크중심의 파장, 파장C는 전류주입에 의한 밴드갭천이발광의 피크중심파장.Figure 4 is a spectrogram for explaining the principle of the LED of the present invention using the current injection light emission and the substrate fluorescent light emission. Wavelength A is the longest wavelength for generating fluorescence, wavelength B is the peak center wavelength of fluorescence, and wavelength C is the peak center wavelength of band gap transitional emission by current injection.

도 5는 본 발명의 실시예 1(ZnSe·ZnCdSe/ZnSe(I·Cu))에 관한 발광기판LED의 층구조도5 is a layer structure diagram of a light emitting substrate LED according to Embodiment 1 of the present invention (ZnSe.ZnCdSe / ZnSe (I.Cu)).

도 6은 본 발명의 실시예 1(ZnSe·ZnCdSe/ZnSe(I·Cu))에 관한 발광기판LED의 발광스펙트르도Fig. 6 is a light emission spectrum diagram of a light emitting substrate LED according to Embodiment 1 of the present invention (ZnSe.ZnCdSe / ZnSe (I.Cu)).

도 7은 본 발명의 실시예 1(ZnSe·ZnCdSe/ZnSe(I·Cu))에 관한 발광기판LED의 발광색도를 표시한 색도도Fig. 7 is a chromaticity diagram showing the emission chromaticity of a light emitting substrate LED according to Embodiment 1 of the present invention (ZnSe.ZnCdSe / ZnSe (I.Cu)).

도 8은 본 발명의 실시예 2(ZnSe/ZnSe(Al·I)에 관한 발광기판LED의 층구조도8 is a layer structure diagram of a light emitting substrate LED according to Embodiment 2 of the present invention (ZnSe / ZnSe (Al · I)).

도 9는 본 발명의 실시예 2(ZnSe/ZnSe(Al·I)에 관한 발광기판LED의 발광스펙트르도Fig. 9 is a light emission spectrum diagram of a light emitting substrate LED according to Embodiment 2 of the present invention (ZnSe / ZnSe (Al · I)).

도 10은 본 발명의 실시예 2(ZnSe/ZnSe(Al·I)에 관한 발광기판LED의 발광색도를 표시한 색도도Fig. 10 is a chromaticity diagram showing the emission chromaticity of a light emitting substrate LED according to Example 2 (ZnSe / ZnSe (Al · I)) of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예 3(ZnSSe·ZnCdSe/AlGaAs(Si))에 관한 발광기판LED의 층구조도Fig. 11 is a layer structure diagram of a light emitting substrate LED according to Embodiment 3 of the present invention (ZnSSe.ZnCdSe / AlGaAs (Si)).

도 12는 본 발명의 실시예 3(ZnSSe·ZnCdSe/AlGaAs(Si))에 관한 발광기판LED의 발광스펙트르도Fig. 12 is a light emission spectrum diagram of a light emitting substrate LED according to Example 3 (ZnSSe.ZnCdSe / AlGaAs (Si)) of the present invention.

도 13은 본 발명의 실시예 3(ZnSSe·ZnCdSe/AlGaAs(Si))에 관한 발광기판LED의 발광색도를 표시한 색도도Fig. 13 is a chromaticity diagram showing emission chromaticity of a light emitting substrate LED according to Example 3 (ZnSSe.ZnCdSe / AlGaAs (Si)) of the present invention.

도 14는 본 발명의 실시예 4(GaInN/GaP(Zn·O))에 관한 발광기판LED의 층구조도Fig. 14 is a layer structure diagram of a light emitting substrate LED according to Embodiment 4 (GaInN / GaP (Zn · O)) of the present invention.

도 15는 본 발명의 실시예 4(GaInN/GaP(Zn·O))에 관한 발광기판LED의 발광스펙트르도Fig. 15 is a light emission spectrum diagram of a light emitting substrate LED according to Embodiment 4 (GaInN / GaP (Zn · O)) of the present invention.

도 16은 본 발명의 실시예 4(GaInN/GaP(Zn·O))에 관한 발광기판LED의 발광색도를 표시한 색도도면Fig. 16 is a chromaticity diagram showing the emission chromaticity of the light emitting substrate LED according to Example 4 (GaInN / GaP (Zn · O)) of the present invention.

도 17은 실시예 1∼6의 모든 LED(α∼η, κ∼μ)의 발광색도를 하나로 종합해서 표시한 색도도면Fig. 17 is a chromaticity diagram showing the light emission chromaticity of all the LEDs (α to η, κ to μ) of Examples 1 to 6 collectively;

도 18은 실시예 1∼6의 모든 LED(α∼η, κ∼μ)의 기판의 재료, 형광파장, 활성층재료, 전류주입발광파장, LED부호, 상위점(기판두께, 불순물농도, 활성층) LED의 색도를 표시한 표Fig. 18 shows the materials, fluorescence wavelengths, active layer materials, current injection light emission wavelengths, LED symbols, upper points (substrate thickness, impurity concentration, active layer) of the substrates of all the LEDs (?-?,?-?) Of Examples 1-6. Table showing the chromaticity of the LEDs

도 19는 적색성분을 x축에, 녹색성분을 y축에 취하여 파장을 붙인 윤곽선에 의해서 단색을 표현하고 윤곽선내부에 생성하는 중간색의 영역도 표시한 일반적인 색도도면Fig. 19 is a general chromaticity diagram showing an intermediate color region generated by expressing a monochromatic color by a contour line with a red component on the x-axis and a green component on the y-axis.

도 20은 GaInN을 활성층으로서 가진 실시예 5의 LED의 에피택셜웨이퍼의 층구조를 표시한 도면Fig. 20 shows the layer structure of the epitaxial wafer of the LED of Example 5 having GaInN as an active layer;

도 21은 GaInN을 활성층으로서 가진 본 발명에서 사용하는 LED의 발광스펙트르도Fig. 21 is a light emission spectrum diagram of an LED used in the present invention having GaInN as an active layer.

도 22는 횡축을X, 종축을Y로 하는 색도를 표시한 색도좌표계에 있어서, 실시예 6의 3종류의 두께가 다른 LED의 발광점을 κ,λ,μ로서 표시한 도면. M은 GaInN-LED의 발광, N은 형광을 표시한다. X는 3원색중 적색의 성분의 비(比)를, Y는 3원색중 녹색의 성분의 비를 표시한다.Fig. 22 is a chromaticity coordinate system in which the chromaticity coordinates of which the horizontal axis is X and the vertical axis are Y, in which light emission points of LEDs having three different thicknesses of Example 6 are represented as κ, λ, μ. M represents light emission of GaInN-LED, and N represents fluorescence. X represents the ratio of the red component of three primary colors, and Y represents the ratio of the green component of three primary colors.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1, 15: 투명수지 2,3,11: 스템1, 15: transparent resin 2,3,11: stem

4: 스템(2)의 움패임 5: GaInN-LED4: recess of stem (2) 5: GaInN-LED

6: YAG형광체 7,8,14: 와이어6: YAG phosphor 7,8,14: wire

9: LED칩 10: 리드9: LED chip 10: lead

12: 기판 13: 에피택셜발광구조12: substrate 13: epitaxial light emitting structure

15: 투명수지 16: 소자가대15: transparent resin 16: element stand

20: n형 ZnSe기판 21: n형 ZnSe버퍼층20: n-type ZnSe substrate 21: n-type ZnSe buffer layer

22: n형 ZnMgSSe클래드층22: n-type ZnMgSSe cladding layer

23: ZnSe/ZnCdSe다중량자 우물(井戶)활성층23: ZnSe / ZnCdSe heavy weight well active layer

24: p형 ZnMgSSe클래드층 25: p형 콘텍트층24: p-type ZnMgSSe cladding layer 25: p-type contact layer

30: n형 ZnSe기판(I, Al도프) 31: n형 ZnSe버퍼층30: n-type ZnSe substrate (I, Al dope) 31: n-type ZnSe buffer layer

32: n형 ZnMgSSe클래드층 33: ZnSe더블헤테로활성층32: n-type ZnMgSSe cladding layer 33: ZnSe double hetero active layer

34: p형 BeMgZnSe클래드층34: p-type BeMgZnSe cladding layer

35: p형 ZnTe/ZnSe초격자콘텍트층 40: n형 AlGaAs기판35: p-type ZnTe / ZnSe superlattice contact layer 40: n-type AlGaAs substrate

41: n형 ZnSSe버퍼층 42: n형 ZnMgSSe클래드층41: n-type ZnSSe buffer layer 42: n-type ZnMgSSe cladding layer

43: ZnSSe/ZnCdSe다중량자우물활성층 44: p형 ZnMgSSe클래드층43: ZnSSe / ZnCdSe heavy weight well active layer 44: p-type ZnMgSSe cladding layer

45: p형 ZnTe/ZnSe초격자콘텍트층 50: 반절연성GaP기판(Zn,O도프)45: p-type ZnTe / ZnSe superlattice contact layer 50: semi-insulating GaP substrate (Zn, O-doped)

51: n형 GaN콘텍트층 52: n형 AlGaN클래드층51: n-type GaN contact layer 52: n-type AlGaN cladding layer

53: GaInN더블헤테로활성층 54: p형 AlGaN클래드층53: GaInN double hetero active layer 54: p-type AlGaN cladding layer

55: p형 GaN콘텍트층 60: GaN에피택셜웨이퍼55: p-type GaN contact layer 60: GaN epitaxial wafer

62: n형 GaN기판 63: n형 GaN버퍼층62: n-type GaN substrate 63: n-type GaN buffer layer

64: n형 AlGaN클래드층 65: GaInN활성층64: n-type AlGaN cladding layer 65: GaInN active layer

66: p형 AlGaN클래드층 67: p형 GaN콘텍트층66: p-type AlGaN cladding layer 67: p-type GaN contact layer

본 발명은, 형광재를 사용하지 않고, 불순물은 첨가한 반도체기판 또는 절연체기판 그자체에 의해서 형광을 발하도록 해서, 밴드갭천이에 의한 발광과 조합해서 백색이나 그밖의 중간색을 발생하는 LED를 부여한다. 기판위의 에피택셜성장층(발광구조)은 밴드갭천이에 의해서 단파장의 강한 빛을 내고, 그 광에 의해서 기판자체가 보다 긴 파장의 형광을 발생하도록 했다. 결국 LED발광과 기판의 형광을 이용한다.The present invention does not use a fluorescent material, impurity is caused to emit light by the semiconductor substrate or the insulator substrate itself, thereby giving an LED which generates white or other intermediate colors in combination with light emission by a band gap transition. do. The epitaxial growth layer (light emitting structure) on the substrate emits a short wavelength of strong light by the band gap transition, and the substrate itself causes the fluorescence of a longer wavelength to be generated. After all, it uses LED light emission and fluorescence of substrate.

LED라 하는 것은, 단결정기판과 그 위에 에피택셜성장한 발광구조로 이루어진다. 에피택셜성장층이 내는 광의 파장을 λ1로 하면 기판은 이에 대해서 통상 투명하지 않으면 아니된다. 만약 기판이 불투명하고 흡수가 있다면 그것을 제거하는 연구가 이루어졌다. 불순물에 의해서 색이 선명성을 손상한다면 기판의 불순물을 될 수 있는 한 적게하는 연구가 이루어졌다. 기판은 될 수 있는 한 투명청징(淸澄)했어야한다.The LED is composed of a single crystal substrate and a light emitting structure epitaxially grown thereon. When the wavelength of the light emitted by the epitaxially grown layer is λ 1 , the substrate must be normally transparent to this. If the substrate is opaque and absorbent, research has been done to remove it. If color impairs vividness due to impurities, studies have been made to minimize the impurities in the substrate. The substrate should be as transparent as possible.

본 발명은 그것과는 반대로 적극적으로 기판에 발광중심을 부여한다. 적당한 도펀트를 기판에 첨가하면 발광중심이 된다. 도핑에 의해서 기판에 형광성을 부여한다. 형광과 LED발광의 조합에 의해서 중간색, 백색을 합성한다. LED의 기판과, 활성층의 조합은 몇개나 있다. 예를 들면 다음 4개의 조합이 가능하다.In contrast, the present invention actively imparts a light emitting center to the substrate. Adding a suitable dopant to the substrate results in a light emission center. Doping imparts fluorescence to the substrate. Neutral and white are synthesized by a combination of fluorescence and LED emission. There are several combinations of LED substrates and active layers. For example, the following four combinations are possible.

조합(a) GAN기판 GaInN활성층Combination (a) GAN substrate GaInN active layer

조합(b) AlGaAs기판Combination (b) AlGaAs substrate

ZnSe, ZnSSe/ZnCdSe, ZnSeTe활성층ZnSe, ZnSSe / ZnCdSe, ZnSeTe Active Layer

조합(c) GaP기판 GaInN활성층Combination (c) GaPN GaInN active layer

조합(d) ZnSe기판Combination (d) ZnSe substrate

ZnSe, ZnSe/ZnCdSe, ZnSeTe활성층 이들 기판중, 조합(c)의 GaP기판은 용이하게 준비할 수 있다. 초코럴스키법이나 부리지먼법에 의해서, 대형단결정을 만들고, 이것을 박편으로 잘라서 단결정웨이퍼로 한다. 조합(b)의 AlGaAs기판은 큰 단결정을 할 수 없으므로 GaAs웨이퍼위에 AlGaAs층을 형성해거 기판으로 한다. 조합(a)의 GaN기판자체가 신규이고 제조방법이 널리 알려져 있지 않다. 뒤에 GaN기판의 제조방법에 대해서도 설명한다. 조합(d)의 ZnSe기판도 잘 알려진 기판이 아니다. 그러므로 후에 이 제조방법에 대해서도 설명한다. 형광중심으로 하기 위해서, 각각의 기판에 도프하는 불순물은 다음과 같다.ZnSe, ZnSe / ZnCdSe, ZnSeTe Active Layers Among these substrates, the GaP substrate of the combination (c) can be easily prepared. A large single crystal is made by the chocolate skiing method or the bridging method, which is cut into pieces to form a single crystal wafer. Since the AlGaAs substrate of the combination (b) cannot form a large single crystal, an AlGaAs layer is formed on the GaAs wafer to form a substrate. The GaN substrate itself of the combination (a) is new and its manufacturing method is not widely known. The manufacturing method of the GaN substrate is also described later. The ZnSe substrate in combination (d) is also not well known. Therefore, this manufacturing method will be described later. In order to make it a fluorescence center, the impurity doped to each board | substrate is as follows.

조합(a) GaN기판 산소원자, 탄소원자, 질소빈구멍(空孔)Combination (a) GaN substrate Oxygen atom, Carbon atom, Nitrogen empty hole

조합(b) AlGaAs기판SiCombination (b) AlGaAs substrate Si

조합(c) GaP기판 아연원자, 산소원자Combination (c) GaP substrate Zinc atom, Oxygen atom

조합(d) ZnSe기판 I+Cu, I+Ag, I+AlCombination (d) ZnSe substrate I + Cu, I + Ag, I + Al

상기와 같이 도펀트종류, 농도, 결함밀도를 조정해서 형광발광의 중심파장을 바꿀 수 있다. 기판두께에 의해 형광의 비율을 바꿀수 있다. 그러므로, 불순물종류, 농도, 결함밀도, 기판두께 등의 파라미터를 자재하게 조정함으로써, 난색계로부터 한색(寒色)계의 백색까지 임의의 백색, 또는 다양한 중간색을 얻을 수 있다.As described above, the dopant type, concentration, and defect density can be adjusted to change the central wavelength of fluorescence emission. The ratio of fluorescence can be changed by the thickness of the substrate. Therefore, by arbitrarily adjusting parameters such as impurity type, concentration, defect density, substrate thickness, and the like, any white or various intermediate colors can be obtained from a warm color system to a white color system.

활성층에서의 밴드갭천이에 의해서 λ1(중심파장C)이 나오면, 기판의 형광중심이 이것을 흡수해서, 그것으로부터 에너지의 낮은 λ2(중심파장 B)의 형광을 발하도록 한다(λ1<λ2). 그렇게 하면 λ1(중심C)+λ2(중심B)의 광이 나오므로 인간의 눈에는 이들의 합성색으로서 보이는 것이다.When λ 1 (center wavelength C) emerges due to a bandgap transition in the active layer, the fluorescence center of the substrate absorbs it and emits fluorescence of λ 2 (center wavelength B) having a low energy (λ 1 <λ). 2 ). This produces light of λ 1 (center C) + λ 2 (center B), so that the human eye is seen as their synthetic color.

활성층의 재료를 바꾸면 밴드갭천이의 광의 파장λ1이 바뀐다. 기판의 도펀트의 종류를 바꾸면 λ2를 바꿀 수 있다. 도펀트의 양을 바꾸거나 혹은 기판두께를 바꾸면 형광의 강도가 변화한다. 그러므로 에피택셜발광구조와, 기판의 도펀트를 바꾸면 여러가지중간색, 백색을 발생시킬 수 있다. 통상의 LED는 반드시 기판과 발광구조가 있으므로, 본 발명은 그밖의 구조물을 부가시킬 필요가 없다. 단지 기판에 도핑한다는 공정이 증가될 뿐이다.Changing the material of the active layer changes the wavelength λ 1 of the light of the band gap transition. Λ 2 can be changed by changing the type of dopant in the substrate. Changing the amount of dopant or changing the thickness of the substrate changes the intensity of fluorescence. Therefore, by changing the epitaxial light emitting structure and the dopant of the substrate, various intermediate colors and whites can be generated. Since conventional LEDs necessarily have a substrate and a light emitting structure, the present invention does not need to add other structures. It only increases the process of doping the substrate.

도 4의 발광강도분포도는 본 발명의 LED의 원리를 표시한다. 파장C가 전류여기에 의한 발광을 표시한다. 파장B가 기판형광이다. 본 발명을 이해하자면 3개의 파장 A,B,C의 관계를 양해할 필요가 있다.4 shows the principle of the LED of the present invention. Wavelength C indicates light emission due to current excitation. Wavelength B is substrate fluorescence. To understand the present invention, it is necessary to understand the relationship between the three wavelengths A, B, and C.

파장C = 에피택셜발광구조에 의한 밴드갭천이에 의한 발광Wavelength C = light emission due to band gap transition by epitaxial light emission structure

파장B = 기판에서의 형광Wavelength B = fluorescence on the substrate

파장A = 기판에 흡수되어서 형광을 발할 수 있는 최장의 파장Wavelength A = the longest wavelength that can be absorbed by the substrate and fluoresce

형광 B로 파꾸어질 수 있는 최저에너지의 광이 A이므로, 1광자여기의 경우, 반드시 파장B>파장A이다. 발광구조가 내는 광C가, 파장C<파장A이면, 발광구조의 광C는, 기판속에 형광을 여기할 수 있다. 밴드갭천이광C와 형광B가 외부에 방출된다. 외부로 나오는 광은, (C+B)이다. 파장A는 임계적(臨界的)인 의미를 갖는 파장에 불과하고 외부에 나오는 광은 아니다.Since the light having the lowest energy that can be broken by the fluorescent light B is A, in the case of one-photon excitation, the wavelength B must be wavelength A. When the light C emitted by the light emitting structure is wavelength C <wavelength A, the light C of the light emitting structure can excite fluorescence in the substrate. The band gap transition light C and the fluorescent light B are emitted to the outside. Light coming out is (C + B). The wavelength A is only a wavelength having a critical meaning and is not external light.

도 3(a), 도 3(b)에 본 발명의 LED의 개념도를 표시한다. 본 발명의 LED칩(9)이, 소자가대(스템)(16)의 위에 장착되다. LED칩(9)은 기판(12)과 에피택셜발광구조(13)로 이루어진다. 기판이면에 전극이 있는 경우는, 스템(16)에 그 전극이 접속된다. 또 한쪽의 전극은, 와이어(14)에 의해서 스템(11)에 접속된다. 칩, 스텝위쪽의 전체를 투명수지(15)에 의해서 몰드해있다.3 (a) and 3 (b) show a conceptual diagram of the LED of the present invention. The LED chip 9 of the present invention is mounted on the table 16. The LED chip 9 is composed of a substrate 12 and an epitaxial light emitting structure 13. When there is an electrode on the back surface of the substrate, the electrode is connected to the stem 16. Moreover, one electrode is connected to the stem 11 by the wire 14. The entire chip and the steps above are molded by the transparent resin 15.

기판(12)의 도펀트로서 도 4의 파장A보다 단파장의 광을 흡수하고 파장B (λ2)에 피크를 가진 형광을 발하는 것을 선정한다. 에피택셜발광구조(13)이 밴드갭발광의 파장C가 λ1에 닿는다. 한편, 형광을 여기할 수 있는 최저에너지의 광의 파장을 A로 하고 있다. 파장A이하의 파장을 가진 광은 형광을 발생할 수 있다. 에피택셜발광구조가 내는 파장C가 C<A이면 그 광은, 기판의 도펀트를 여기하여 형광을 발생시킬 수 있다. 그런까닭에, C<A<B이면 어떠한 기판, 에피택셜발광구조의 조합이라도 되는 것으로 된다. 단, 큰 결정기판으로서 얻게되는 재료는 한정되어 있따. 격자정합(整合)의 조건 등이 있으므로, 어떤 기판에 대해서 에피택셜성장할 수 있는 박막도 한정된다.As the dopant of the substrate 12, one that absorbs light having a shorter wavelength than wavelength A of FIG. 4 and emits fluorescence having a peak at wavelength B (λ 2 ) is selected. The epitaxial light emitting structure 13 has a wavelength C of band gap light emission reaching λ 1 . On the other hand, A is the wavelength of the light of the lowest energy that can excite fluorescence. Light having a wavelength below the wavelength A may generate fluorescence. When the wavelength C emitted by the epitaxial light emitting structure is C <A, the light can excite the dopant of the substrate to generate fluorescence. For this reason, C <A <B may be any combination of substrates and epitaxial light emitting structures. However, the material obtained as a large crystal substrate is limited. Because of lattice matching conditions, thin films that can epitaxially grow on any substrate are also limited.

본 발명에 있어서, 기판으로부터 나오는 것은 형광이므로, 1광자 흡수의 경우, 입사광자의 에너지보다 낮은 것은 당연하고, 형광파장λ2는, 여기광λ1보다 길다. 2광자흡수이면 형광쪽이 단파장일수도 있다. 또 에피택셜발광구조로부터의 발광 혹은 기판으로부터의 형광이, 가시광영역으로부터 현저히 어긋나는 경우는, 본 발명의 목적에 합치하지 않는다.In the present invention, since light emitted from the substrate is fluorescence, it is natural that the energy of incident photons is lower than that of incident photons in the case of single photon absorption, and the fluorescence wavelength λ 2 is longer than the excitation light λ 1 . In the case of two-photon absorption, the fluorescent side may have a short wavelength. In the case where the light emission from the epitaxial light emitting structure or the fluorescence from the substrate is significantly shifted from the visible light region, the object of the present invention is not met.

도 4에 있어서, 파장C를 중심으로 하는 예리한 피크는 에피택셜발광구조로부터의 전자의 밴드갭천이에 의한 발광이다. 그것보다 긴파장의 브로드한 스펙트르 B는 기판의 형광을 표시한다. 파장A보다 짧은 파장의 광은 기판의 발광중심을 여기하여 형광을 낼 수 있다. 활성층으로부터 나오는 과의 파장은 파장A보다 짧다. 활성층으로부터 짧은 파장의 광이 나와서, 이것이 기판의 발광중심을 여기해서 장파장의 형광을 낸다. 합성된 광이 외부에 방출되나, 이것은 밴드갭발광C와 형광B의 조합으로 된다. 에피택셜발광구조를 바꾸면 밴드갭발광C의 파장을 바꿀수 있다. 결국 활성층구조를 바꾸면 파장C를 바꿀수 있다. 기판의 도펀트를 바꾸면 형광파장B를 바꿀수 있다. 기판도펀트농도를 바꾸면 형광의 비율을 증감할 수 있다. 기판두께를 바꾸면 형광의 비율을 가감할 수 있다.In Fig. 4, the sharp peak centered on the wavelength C is light emission due to the band gap transition of electrons from the epitaxial light emitting structure. Broader spectr B with a longer wavelength than that indicates the fluorescence of the substrate. Light having a wavelength shorter than the wavelength A may excite the emission center of the substrate to fluoresce. The wavelength of the light emitted from the active layer is shorter than the wavelength A. Light of a short wavelength is emitted from the active layer, which excites the emission center of the substrate to emit long wavelength fluorescence. The synthesized light is emitted to the outside, but this is a combination of bandgap emission C and fluorescence B. By changing the epitaxial emission structure, the wavelength of the bandgap emission C can be changed. After all, changing the active layer structure can change the wavelength C. The fluorescence wavelength B can be changed by changing the dopant of the substrate. Changing the substrate dopant concentration can increase or decrease the ratio of fluorescence. By changing the substrate thickness, the ratio of fluorescence can be added or subtracted.

결국 파장B를 피크로 하는 형광(기판발광)은 도펀트, 도펀트농도, 두께라는 자재하게 변화시킬 수 있는 파라미터를 가진다. 에피택셜발광구조는, 활성층이 파라미터로되어 파장C를 자재하게 변동시킬 수 있다.As a result, fluorescence (substrate emission) having a wavelength B as a peak has parameters that can be changed freely such as dopant, dopant concentration and thickness. In the epitaxial light emitting structure, the active layer can be parameterized to fluctuate wavelength C freely.

본 발명은 에피발광C, 형광B를 변화시키고, 넓은 범위의 중간색, 백색을 발생하는 LED를 얻을 수 있다. 본 발명의 LED는, 이제까지 LED에 의해서는 불가능하였던, 적색청색의 중간색, 백색(적청록의 중간색)도 발생시킬 수 있다. 참으로 뛰어난 발명이다.The present invention is to change the epi-luminescence C, fluorescence B, it is possible to obtain an LED that generates a wide range of intermediate colors, white. The LED of the present invention can also generate a red-blue medium color and a white (red-blue color medium), which have never been possible with LEDs. It is indeed an excellent invention.

본 발명의 LED칩의 형상자체는, 종래의 LED칩과 변함이 없다. 여분의 형광재를 도포할 필요는 없다. 스템도 흔한 통상의 것을 사용할 수 있다. 이미 확립되어 있는 저코스트의 LED소자 제작시술을 그대로 응용할 수 있다.The shape of the LED chip of the present invention is not changed from the conventional LED chip. There is no need to apply extra fluorescent material. Stems can also use common ones. The already established low cost LED device manufacturing procedure can be applied as it is.

대개 LED인 것에는, 에피택셜층을 형성하기 위한 대(台)로서 기판이 필요하다. 기판은 꼭 필요한 것이다. 종래의 LED에 있어서 기판은 에피층을 유지하여 전류를 통하게 하는 이외에 적극적인 역할은 무엇하나 없었다. 기판이 발광한다고하는 경우는, 불순물을 제거한다든가해서 기판발광을 배제하는 연구가 이루어졌다. 기판은 투명하고 흡수가 없고 발광하지 않는 것이 좋다고 하여왔다. 본 발명에서는 기판형광을 반대로 적극적으로 이용한다. 형광을 이용해서 중간색이나 백색을 만들어 낼려고하는, 바로 발상의 역전에 의해서 발생한 기술이다.In general, LEDs require a substrate as a stand for forming an epitaxial layer. The substrate is necessary. In the conventional LED, the substrate has no active role other than keeping the epi layer to pass current. In the case where the substrate emits light, studies have been conducted to remove substrate emission by removing impurities. It has been suggested that the substrate is transparent, absorptive and not emitting light. In the present invention, substrate fluorescence is actively used in reverse. It is a technology created by the reversal of the idea of trying to produce neutral or white color using fluorescence.

본 발명과는, 선원의 일본국특원평 10-194156호에 있어서, ZnSe기판+ZnSe계 에피층에 의해, 밴드갭천이발광과 형광을 조합하여 백색광LED를 제작하는 기술을 제안했다. 이것은 ZnSe계 활성층에서 청색을, ZnSe기판에서 황색을 발생시켜 합성해서 백색광으로 하고 있다. 그러나 기판의 도펀트, 기판의 종류, 에피층을 연구하면, 또 광범위의 중간색을 창출할 수 있다. 이제까지 불가능하였던 적색청색의 중간색, 적청록중간색도 LED에 의해서 만들어 낼 수 있다. 적색녹색의 중간색은 종래의 LED에 의해서도 되었으나 고코스트이었다. 본 발명은 적색녹색의 중간색을 염가인 LED에 의해서 발생시킬 수 있다.In the present invention, Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 10-194156 proposes a technique for producing a white light LED using a ZnSe substrate + ZnSe epitaxial layer by combining bandgap transition light emission and fluorescence. This is synthesized by generating blue in the ZnSe-based active layer and yellow in the ZnSe substrate to produce white light. However, by studying the dopant of the substrate, the type of substrate, and the epi layer, a wide range of intermediate colors can be created. Red-blue, mid-blue, and red-green mid-colors, which have not been possible until now, can also be produced by LEDs. The reddish green color was also due to the conventional LED but was high cost. The present invention can generate a reddish green intermediate color by an inexpensive LED.

예를 들면 본 발명에서는 형광중심을 포함한 GaN기판과 GaInN계의 청색발광소자를 조합하였을 뿐인 간단한 구조의 백색LED를 제안한다(조합(a)). n형 GaN기판위에 p형 GaInN박막을 성장시키면 400nm∼500nm에 의해 발광하는 청색LED가 된다.For example, the present invention proposes a white LED having a simple structure which only combines a GaN substrate including a fluorescent center with a GaInN-based blue light emitting device (combination (a)). Growing a p-type GaInN thin film on an n-type GaN substrate results in a blue LED emitting light at 400 nm to 500 nm.

대형이고 결함이 적은 GaN기판은 종래 제작할 수 없는 것으로 되어 있었다. GaN자체는 고온고압에서도 용이하게 융액으로 되지 않고 초코럴스키법, 부리지먼법 등을 사용할 수 없다. 그래서 종래는 GaInN-LED는 사파이어기판에 형성되었다. GaN기판이 존재하지 않으면 본 발명은 실시할 수 없다. 최근, 융액성장법이나 기상(氣相)성장법에 의해서 GaN기판을 제작할 수 있게 되어 왔다. 이것이 본 발명을 가능케 하였다. 융액성장법은, Ga융액에 GaN을 용해시켜서 압력과 열을 걸어서 Ga-GaN의 융액으로 하여 GaN의 단결정을 성장시키는 방법이다. 소형의 결정을 만들 수 있다.GaN substrates with large size and few defects cannot be manufactured conventionally. GaN itself is not easily melted even at high temperature and high pressure, and cannot be used with the chocolate skiing method or the bridging method. Thus, GaInN-LED is conventionally formed on a sapphire substrate. The present invention cannot be implemented unless a GaN substrate is present. In recent years, GaN substrates can be produced by the melt growth method or the vapor phase growth method. This made the present invention possible. The melt growth method is a method in which a single crystal of GaN is grown by dissolving GaN in a Ga melt and applying a pressure and heat to form a melt of Ga-GaN. Can make small crystals.

기상성장법은, (111)GaAs기판위에 도트형상의 구멍이나 직선형상의 구멍을 다수 가진 마스크를 형성하고, 마스크를 통과해서 GaN을 저온으로 기상성장시켜서 버퍼층을 만들고, 또 그 위에 고온으로 에피택셜층을 두껍게 성장시키고, GaAs기판을 제거해서 GaN의 대형단결정기판을 만드는 것이다. 결국 박막의 성장법을 사용해서 기판을 성장시킨 것이다. 원료가스의 부여방식에 의해서 HVPE(헬라이드기상성장법)법, MOC(유기금속염화물기상성장법)법, MOCVD(유기금속CVD법)법 등이 있다. HVPE법은 호트월형의 노에, GaAs기판과 Ga금속용액을 넣어두고 수소, HCl가스를 내뿜어 GaCl을 만들고 기판가까이에서 암모니아와 반응시켜 GaN을 합성한다. MOC는, TMG 등의 유기금속을, H2+HCl가스와 호트월형로에 의해 반응시켜 GaCl을 합성하고, 이것과 암모니아 NH3을 반응시켜서 GaN을 만든다. MOCVD는 콜드월반응로에 있어서, TMG등 유기금속을 H2에 의해서 수송하고, 암모니아와 반응시켜 GaN을 만든다. 이들 GaN기판의 제조방법은 본 출원인의 선원인 일본국 특원평 10-171276호에 설명하고 있다. 대형의 GaN기판을 제조할 수 있게 된 것은 극히 최근의 일이다. 본 발명은 그와 같은 GaN기판을 출발원료로 해서 백색LED를 제작한다.In the vapor phase growth method, a mask having a plurality of dot-shaped holes or linear holes is formed on a (111) GaAs substrate, and GaN is vapor-grown at low temperature through a mask to form a buffer layer, and an epitaxial layer at high temperature thereon. Is grown thick and GaAs substrate is removed to make GaN large single crystal substrate. In the end, the substrate was grown using the method of growing a thin film. Examples of the source gas supply method include the HVPE (helide vapor phase growth method) method, the MOC (organic metal chloride vapor phase growth method) method, and the MOCVD (organic metal CVD method) method. In the HVPE method, GaN is synthesized by placing GaAs substrate and Ga metal solution in a hotwall furnace, exhaling hydrogen and HCl gas to make GaCl, and reacting with ammonia near the substrate. MOC reacts an organic metal such as TMG with H 2 + HCl gas and a hot wall furnace to synthesize GaCl, and reacts this with ammonia NH 3 to form GaN. In a cold wall reactor, MOCVD transports organic metals such as TMG by H 2 , and reacts with ammonia to form GaN. The method for producing these GaN substrates is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-171276, which is the source of the applicant. It is extremely recent that it is possible to manufacture large GaN substrates. The present invention produces a white LED using such a GaN substrate as a starting material.

GaN기판을 기상성장법이나 융액성장법에 의해서 성장시킬때, 산소나, 탄소 등의 불순물(도펀트)을 도프하거나, 결정결함(질소빈구멍)을 도입할 수 있다. 산소, 탄소 등의 불순물, 혹은 질소빈구멍 등의 결정결함은 형광을 발생하는 중심이 된다. 480nm보다 짧은 파장의 광을 닿으면, 520mm∼650mm의 넓은 범위의 형광을 발생한다. 이 발광중심의 것을 형광발광중심 혹은 단순히 형광중심이라고 호칭할 수 있다. 형광발광의 중심파장, 발광스펙트르의 반값폭은, 도펀트(산소,탄소)의 종류, 도핑량, 혹은 결정결함(질소빈구멍)의 량에 의해서 조정할 수 있다. 형광이 황색으로부터 적색으로(520nm∼650nm) 널리 분포하므로 이것과 GaInN-LED의 청색을 가한 것이 나온다. 육안으로는 이것을 합성하므로 백색광 혹은 중간색광으로 보인다. 백색광, 중간색광=GaInN의 청색+GaN의 형광과 같이 2개의 광으로부터 백색광 또는 중간색광이 합성된다.When the GaN substrate is grown by the vapor phase growth method or the melt growth method, impurities (dopants) such as oxygen and carbon can be doped or crystal defects (nitrogen void holes) can be introduced. Impurities such as oxygen, carbon, or crystal defects such as nitrogen pores become a center for generating fluorescence. When light of a wavelength shorter than 480 nm is touched, a wide range of fluorescence of 520 mm to 650 mm is generated. This light emitting center may be referred to as a fluorescent light emitting center or simply a fluorescent center. The central wavelength of the fluorescence emission and the half width of the emission spectra can be adjusted by the type of dopant (oxygen and carbon), the doping amount, or the amount of crystal defect (nitrogen void hole). Since fluorescence is widely distributed from yellow to red (520 nm to 650 nm), this and the blue of GaInN-LED are added. It is synthesized by the naked eye, so it appears to be white or neutral light. White light or neutral light is synthesized from the two lights, such as white light, neutral light = blue light of GaInN and fluorescence of GaN.

결국 본 발명의 조합(a)의 소자는 2개의 부분으로 이루어지고,As a result, the device of the combination (a) of the present invention consists of two parts,

(1) GaInN계 LED... 밴드간천이에 의한 청색발광(400∼510nm)(1) GaInN-based LED blue emission due to band transition (400-510 nm)

(2) GaN기판 ... 황색∼적색의 형광(형광; 520∼650nm)를 조합한 것이다. GaN기판은 n형이라도 p형이라도 된다. 어느 것에 있어서도 에피택셜성장층안에 Pn접합을 만든다. 에피택셜성장층이 발광구조로 된다. 기판이 형광체로 된다.(2) GaN substrate ... A combination of yellow to red fluorescence (fluorescence; 520 to 650 nm). The GaN substrate may be n type or p type. In either case, a Pn junction is formed in the epitaxial growth layer. The epitaxial growth layer becomes a light emitting structure. The substrate becomes a phosphor.

백색이라해도 여러가지의 것이 있다. 청색이 우세하면 한색(寒色)의 백색으로 되고, 적색이 우세하면 난색(暖色)으로 기운다. GaN기판이 두꺼우면 GaIn-LED의 청색이 흡수되어 감소하고 형광발광의 황색이 우세해진다. GaN기판의 두께를 변화시키므로써, 형광발광의 강도를 조정할 수 있다. 결국기판두께에 의해 LED로부터의 청색발광에 대하여 형광발광의 비율을 바꿀수 있다. 그러나 기판두께에는 다른 조건으로부터 제한이 가해졌다. 50㎛이하로 하면 후공정에 있어서 파손의 비율이 증대한다. 수율도 떨어지고 코스트가 높아진다. 반대로 기판두께를 2mm이상으로 하면, LED의 사이즈가 지나치게 커진다. 또 황색광의 비율이 과도하게 증가해서 백색이 아니게 된다. 그래서 기판두께는 50㎛∼2mm의 정도이다. 이와 같은 것은 다른 조합(b)∼(d)에 대해서도 말할 수 있는 일이다.There are various things even if it is white. If blue predominates, it becomes a white color. If red predominates, it tends to warm color. If the GaN substrate is thick, the blue color of GaIn-LED is absorbed and reduced, and the yellow color of fluorescence is dominant. By changing the thickness of the GaN substrate, the intensity of fluorescence emission can be adjusted. Finally, the substrate thickness can change the ratio of fluorescence emission to blue emission from the LED. However, the substrate thickness was limited from other conditions. If it is 50 micrometers or less, the rate of breakage will increase in a post process. Yields drop and costs go up. On the contrary, when the substrate thickness is 2 mm or more, the size of the LED becomes too large. In addition, the ratio of the yellow light is excessively increased to become white. Therefore, the substrate thickness is about 50 to 2 mm. The same can be said for other combinations (b) to (d).

이상으로 조합(a)의 GaN기판의 제작법을 설명했다. 조합(b)의 기판 AlGaAs/GaAs, 조합(c)의 기판 GaP기판은 제조방법은 잘 알려져 있으므로 설명하지 않는다. 조합(d)의 n형 ZnSe기판의 제조방법은 반드시 주지하고 있지는 않으므로 여기서 간단히 설명한다.In the above, the manufacturing method of the GaN board | substrate of combination (a) was demonstrated. The substrate AlGaAs / GaAs of the combination (b) and the substrate GaP substrate of the combination (c) will not be described since the manufacturing method is well known. The manufacturing method of the n-type ZnSe substrate of the combination (d) is not necessarily known, and will be described briefly here.

대형 ZnSe단결정의 제조방법에는, 화학수송법과 입계(粒界)성장법이 있다. 화학수송법은 다결정 ZnSe의 일부를 I에 의해서 수송하고 단결정 ZnSe에 퇴적시키는 방법이다. 성장실의 저부에 ZnSe다결정원료를 둔다. 성장실상부에 단결정인 평판형상의 ZnSe종결정을 고정한다. 공간에는 옥소를 채운다. 저부의 다결정을 상부의 단결정보다 고온으로 가열한다. 하부에서는 2ZnSe+2I2→2ZnI2+Se2의 반응이 일어난다. 옥화아연 ZnI2는 기체이므로 상승한다. Se2도 상승한다. 종결정은 저온이므로 여기서 반대방향의 반응이 일어난다. 2ZnI2+Se2→2ZnSe+2I2가 된다. 이 ZnSe가 종결정의 위에 방위를 정돈해서 퇴적해간다. 옥소는 이와 같이 아연을 운반하는 작용을 한다. 그래서 옥소수송법이라고도 한다. 성장온도는 약 850℃이다.As a method for producing a large ZnSe single crystal, there are a chemical transport method and a grain growth method. The chemical transport method transports a part of polycrystalline ZnSe by I and deposits it on monocrystalline ZnSe. ZnSe polycrystalline raw materials are placed at the bottom of the growth chamber. A single crystal ZnSe seed crystal is fixed to the growth chamber. Fill the space with oxo. The bottom polycrystal is heated to a higher temperature than the single crystal at the top. At the bottom, a reaction of 2ZnSe + 2I 2 → 2ZnI 2 + Se 2 takes place. Zinc oxide ZnI 2 rises because it is a gas. Se 2 also rises. Seed crystals are low temperature, so the opposite reaction occurs here. 2ZnI 2 + Se 2 → 2ZnSe + 2I 2 . This ZnSe is deposited by trimming the bearing on top of the seed crystal. Oxo serves to transport zinc in this way. It is also called oxo transport method. The growth temperature is about 850 ° C.

입계성장법은 ZnSe고체다결정원료를 국소적으로 가열처리하고 가열개소를 이동시켜서 결정입의 벽(입계)를 이동시켜 결정입사이에서의 통합을 촉진시켜 결정입의 수를 감소시켜 결정입을 크게 해서 최종적으로 우세한 하나의 결정입만으로 함으로써 단결정을 제조하는 방법이다. 옥소수송법은 어떻게 해서라도 옥소를 함유하는 ZnSe단결정을 만들어 버리나 입계성장법은 옥소를 함유하지 않는 것을 제조할 수 있다.The grain boundary growth method locally heats ZnSe solid polycrystalline raw materials and moves heating elements to move the grains (grains) to promote integration between grains, reducing the number of grains and increasing the grain size. It is a method of manufacturing a single crystal by using only one crystal grain predominantly. The oxo transport method may produce a ZnSe single crystal containing oxo anyway, but the grain boundary growth method may produce one containing no oxo.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[실시예]EXAMPLE

[실시예 1(ZnSe기판(I, Cu):ZnSe계 중간색소자; 480nm, 630nm)]Example 1 (ZnSe substrates (I, Cu): ZnSe-based half-color elements; 480 nm, 630 nm)

기판으로서, 옥소 및 구리도프 n형 ZnSe기판을 채용했다. 에피택셜발광구조로서 ZnSe를 모체로하는 혼정(混晶)으로 이루어지는 적층구조를 제작했다(도 5). 옥소와 구리를 도핑한 ZnSe기판(20)은 밴드테일링현상에 의해, 본래의 밴드갭에너지에 대응하는 파장인 460nm보다 장파장의 510nm보다 짧은 파장의 광을 흡수하고(파장A: 510nm), 불순물중심(옥소와 구리)에 의한 630nm에 브로드한 피크를 가진 형광(파장B: 630nm)을 발한다. 밴드테일링현상은 본 발명에서는 중요한 역할을 다하고 있다. 밴드갭 Eg의 반도체는, 그것에 대응하는 파장 λg(=hc/Eg)보다 짧은 파장λ<(λg)의 광을 흡수하고, 긴파장λ(>λg)의 광을 투과한다. 그런데 불순물을 도프함으로써 전도대의 단부, 가전자대(價電子帶)의 단부에 불순물준위(準位)가 생기면, 불순물준위·가전자대의 천이, 전도대·불순물주위의 천이가 일어난다. 결국 λg이상의 파장의 광도 흡수할 수 있게 된다. 이것이 밴드테일링현상이다. 본 실시예에서는, 밴드테일링에 의해서, λg(460nm)보다 긴 파장A(510nm)까지의 광을 기판이 흡수할 수 있다. 결국, 파장A(510nm)까지의 파장의 광에 의해서 불순물발광을 발할 수 있다.As the substrate, oxo and copper-doped n-type ZnSe substrates were employed. As an epitaxial light emitting structure, a laminated structure composed of a mixed crystal having ZnSe as a mother was produced (FIG. 5). ZnSe substrate 20 doped with oxo and copper absorbs light having a wavelength shorter than 510 nm having a longer wavelength than 460 nm, which is a wavelength corresponding to the original band gap energy (wavelength A: 510 nm) Fluorescence (wavelength B: 630 nm) having a broad peak at 630 nm by (oxo and copper) is emitted. Band tailing phenomenon plays an important role in the present invention. The semiconductor of the bandgap Eg absorbs light having a wavelength λ <(λg) shorter than the wavelength λg (= hc / Eg) corresponding thereto and transmits light having a long wavelength λ (> λg). When impurity levels are generated at the end of the conduction band and the end of the valence band by doping the impurities, the transition of the impurity level and the valence band and the transition around the conduction band and impurities occur. As a result, light of a wavelength of λg or more can be absorbed. This is band tailing phenomenon. In this embodiment, the substrate can absorb light up to a wavelength A (510 nm) longer than lambda g (460 nm) by band tailing. As a result, impurity emission can be caused by light having a wavelength of up to wavelength A (510 nm).

ZnSe기판(20)은 두께의 영향을 조사하기 위하여, 50㎛ 두께의 기판(소자α)과 200㎛두께의 기판(소자β)을 준비했다. 2종류의 두께의 ZnSe기판에, 도 5에 표시한 바와 같은 에피택셜발광구조체를, MBE법에 의해 호모에피택셜성장시켰다. 이 에피택셜발광구조체의 발광피크파장은 480nm이다(파장C: 480nm).In order to examine the influence of the thickness, the ZnSe substrate 20 prepared a substrate having a thickness of 50 μm (element α) and a substrate having a thickness of 200 μm (element β). An epitaxial luminescent structure as shown in Fig. 5 was grown on two kinds of thickness ZnSe substrates by the MBE method. The emission peak wavelength of this epitaxial light emitting structure is 480 nm (wavelength C: 480 nm).

이 에피택셜발광구조체는, 위로부터 차례로, p형의 ZnSe와 ZnTe적층초격자구조로 이루어진 p형 콘텍트층(25), p형 Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90클래드층(24), ZnSe와 ZnCdSe의 적층구조로 이루어진 다중량자우물활성층(23), n형 Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90클래드층(22)으로 이루어진다. 실제로는 ZnSe기판(20)과 에피택셜발광구조체의 사이에는 n형 ZnSe버퍼층(21)이 있다. 기판쪽으로부터 차례로 설명하면,The epitaxial light emitting structure is a p-type contact layer 25 consisting of a p-type ZnSe and a ZnTe laminated superlattice structure from the top, a p-type Zn 0.85 Mg 0.15 S 0.10 Se 0.90 cladding layer 24, ZnSe and ZnCdSe The multi-quantum well active layer 23 having a stacked structure of n-type Zn 0.85 Mg 0.15 S 0.10 Se 0.90 cladding layer 22 is formed. In fact, there is an n-type ZnSe buffer layer 21 between the ZnSe substrate 20 and the epitaxial light emitting structure. If we explain sequentially from the board side,

(1) n형 ZnSe기판(I, Cu도프, 불순물발광=630nm;B) 20(1) n-type ZnSe substrate (I, Cu dope, impurity emission = 630 nm; B) 20

(2) n형 ZnSe버퍼층기 21(2) n-type ZnSe buffer layer 21

(3) n형 Zn.85Mg0.15S0.10Se0.90클래드층 22(3) n-type Zn .85 Mg 0.15 S 0.10 Se 0.90 cladding layer 22

(4) ZnSe/Zn0.88Cd0.12Se다중량자우물(井戶)활성층(480nm;C) 23(4) ZnSe / Zn 0.88 Cd 0.12 Se Heavyweight Well Active Layer (480 nm; C) 23

(5) p형 Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90클래드층 24(5) p-type Zn 0.85 Mg 0.15 S 0.10 Se 0.90 cladding layer 24

(6) p형 ZnTe/ZnSe초격자콘텍트층 25(6) p-type ZnTe / ZnSe superlattice contact layer 25

와 같은 층구조이다. 또한 (4)의 활성층은 ZnSe0.99Te0.01더블헤테로활성층 (480nm:C)으로 해도 상관없다.It is the same layer structure. The active layer of (4) may be ZnSe 0.99 Te 0.01 double hetero active layer (480 nm: C).

이 에피웨이퍼의 p형콘텍트층위에, Pd/Au로 이루어진 칩단위마다의 도트형상의 패턴p쪽전극을 형성하고, 그 위에 20nm이하의 두께의 박막Au전극을 상부면 전체면에 형성했다. 20nm이하의 Au로 하면 광을 통과하여 투명전극이 된다. 기판이면쪽에는, In으로 이루어진 n쪽전극을 형성했다. 전극형성후의 에피웨이퍼를 250㎛×250㎛각의 치수의 칩을 잘라냈다. 칩을 소자가대(스템)에 고정해서 LED로 했다.On the p-type contact layer of the epi wafer, a dot-shaped pattern p electrode for each chip unit made of Pd / Au was formed, and a thin film Au electrode having a thickness of 20 nm or less was formed on the entire upper surface. If the thickness of Au is 20 nm or less, light is passed through to form a transparent electrode. On the lower surface of the substrate, an n-side electrode made of In was formed. The epi wafer after electrode formation was cut out of chips having dimensions of 250 µm x 250 µm. The chip was fixed to an element stand (stem) to make an LED.

이 LED에서는, 파장C(480nm)는 파장A(510nm)보다 짧으므로, 에피택셜발광구조로부터 나온 광중에서, 기판에 입사한 분은 기판에 의해 흡수되고, 파장B(630nm)의 형광을 발생한다. 그래서 외부로 나오는 광은 480nm+630nm이다.In this LED, since the wavelength C (480 nm) is shorter than the wavelength A (510 nm), among the light emitted from the epitaxial luminescent structure, the incident light on the substrate is absorbed by the substrate and generates fluorescence of the wavelength B (630 nm). . So the light coming out is 480nm + 630nm.

이 LED를 정전류모드에 의해 측정했다. 전형적인 발광강도는 20㎃이고 2mW이었다.This LED was measured by the constant current mode. Typical luminous intensity was 20㎃ and 2mW.

이 LED의 발광스펙트르를 도 6에 표시한다. 설계대로, 480nm에 예리한 피크를 가진 발광구조로부터의 발광과, 630nm에 브로드한 피크를 가진 ZnSe기판의 불순물발광이 조합되어 있다는 것을 알 수 있다.The emission spectra of this LED are shown in FIG. As a design, it can be seen that light emission from a light emitting structure having a sharp peak at 480 nm and impurity light emission of a ZnSe substrate having a broad peak at 630 nm are combined.

기판이 얇은(50㎛)소자 α는, 기판형광강도가 작고, 색은 청색기있는 핑크색이었다. 기판이 두꺼운(200㎛)소자β는, 기판형광강도가 크고, 색은 적색기 있는 적자색이었다. 두꺼운 기판은 많은 불순물 발광중심을 포함한다. 그러므로 기판이 두꺼운 쪽이 형광이 증가하는 것은 이해할 수 있다.The element α having a thin substrate (50 μm) had a small substrate fluorescence intensity and had a blue color of pink. The thick substrate (200 mu m) beta had a large substrate fluorescence intensity and a reddish violet color with a reddish color. Thick substrates contain many impurity emission centers. Therefore, it is understood that the thicker the substrate, the greater the fluorescence.

동일한 LED의 발광스펙트르를 색도도상에 표현한 것이 도 7이다. 기판두께가 50㎛의 소자α는, 색도가 (x,y)=(0.34, 0.21)의 청색기있는 핑크색이었다. 기판두께가 200㎛의 소자β는 색도가 (x,y)=(0.50, 0.24)의 적색기있는 적자색이었다. 도 7에는, 에피택셜발광구조로부터의 광의 색도(△점)와, 기판형광의 색도(□점)도 표시한다. 소자 α,β의 색도는, 이들 2개점을 연결하는 선분(分)의 위에 타고 있다. 마찬가지 실험을 옥소 및 은을 도프한 ZnSe기판을 사용해서 행한바, 거의 동일한 결과를 얻을 수 있었다.Fig. 7 shows the emission spectra of the same LEDs on the chromaticity diagram. The device α having a substrate thickness of 50 μm was a pink color with a blue group having a chromaticity of (x, y) = (0.34, 0.21). The device β having a substrate thickness of 200 μm was a reddish violet color with a red color of (x, y) = (0.50, 0.24). In Fig. 7, the chromaticity (? Point) of the light from the epitaxial luminescent structure and the chromaticity (? Point) of the substrate fluorescence are also shown. The chromaticity of element (alpha), (beta) rides on the line segment which connects these two points. Similar experiments were carried out using ZnSe substrates doped with oxo and silver, yielding almost the same results.

[(실시예 2(ZnSe(Al,I):ZnSe계핑크·적자색소자; 465nm, 600nm)][Example 2 (ZnSe (Al, I): ZnSe-based pink-reddish element; 465 nm, 600 nm)]

기판으로서, n형 ZnSe기판(도펀트: 옥소와 알루미늄)을 선택했다. 에피택셜발광구조로서, ZnSe를 모체로하는 혼정으로 이루어지는 적층구조를 채용했다.As the substrate, an n-type ZnSe substrate (dopant: oxo and aluminum) was selected. As an epitaxial light emitting structure, a laminated structure composed of a mixed crystal having ZnSe as a parent was adopted.

옥소와 알루미늄을 함께 도프한 ZnSe기판은, 밴드테일링현상에 의해, 본래의 밴드갭에 대응하는 파장인 460nm보다 긴 파장인 510nm보다 짧은 파장을 흡수하고 (파장A:510nm), SA발광이라고 불리는 불순물중심을 개재한 600nm에 브로드한 피크를 가진 형광을 발한다(파장B:600nm).ZnSe substrates doped with oxo and aluminum absorb bands shorter than 510 nm, which are longer than 460 nm, which is the wavelength corresponding to the original band gap (wavelength A: 510 nm). Fluorescence with a broad peak at 600 nm through the center (wavelength B: 600 nm).

도펀트에 의해서 형광파장이 변화한다. 실시예 2에서는 I, Al(옥소, 알루미늄)이 도펀트이므로 형광중심파장은 600nm가 된다. Al을 가한 것은, 형광을 장파장족으로 추이(推移)시키기 위한 것이다.The fluorescence wavelength is changed by the dopant. In Example 2, since I and Al (oxo, aluminum) are dopants, the fluorescence center wavelength is 600 nm. The addition of Al is for shifting the fluorescence into long wavelengths.

여기서, ZnSe기판은, 도핑량n을 1×1017-3(소자γ)와, 5×1018cm-3(소자δ)의 2종류의 것을 준비했다. 두께는 어느 것이나 250㎛이다. 도펀트농도를 바꿈으로써 어떻게 SA발광이 변화하는가 확인하는 것이 목적이다.Here, the ZnSe substrate prepared two types of doping amount n of 1 × 10 17 cm −3 (element γ) and 5 × 10 18 cm −3 (element δ). Any thickness is 250 micrometers. The purpose is to determine how SA emission changes by changing the dopant concentration.

이 도전성 ZnSe기판상에, 피크파장이 465nm인 청색발광의 에피택셜발광구조를, 도 8과 같이 MBE법에 의해서 호모에피택셜성장시켰다(파장C:465nm). 에피택셜발광구조는, 위로부터 차례로, p형에 도프된 ZnSe와 ZnTe의 적층초격자로 이루어진 p형 콘텍트층(35), p형으로 도프된 Be0.20Mg0.20Zn0.60Se로 이루어진 p형 클레드층 (34), ZnSe로 이루어진 더블헤테로활성층(33), n형도프된 Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90으로 이루어진 n형클래드층(32)으로 이루어진다. 기판쪽으로부터 차례로 설명하면,On this conductive ZnSe substrate, a blue luminescent epitaxial luminescent structure having a peak wavelength of 465 nm was grown by homoepitaxial growth by the MBE method as shown in Fig. 8 (wavelength C: 465 nm). The epitaxial luminescent structure is a p-type cladding consisting of a p-type contact layer 35 consisting of a stacked superlattice of ZnSe and ZnTe doped in p-type, and Be 0.20 Mg 0.20 Zn 0.60 Se doped in p-type from above. A layer 34, a double heteroactive layer 33 made of ZnSe, and an n-type cladding layer 32 made of n-doped Zn 0.85 Mg 0.15 S 0.10 Se 0.90 . If we explain sequentially from the board side,

(1) n형 ZnSe기판(I, Al도프) 30(1) n-type ZnSe substrate (I, Al dope) 30

(2) n형 ZnSe버퍼층 31(2) n-type ZnSe buffer layer 31

(3) n형 Zn0.85Mg0.15S0.10Se0.90클래드층 32(3) n-type Zn 0.85 Mg 0.15 S 0.10 Se 0.90 cladding layer 32

(4) ZnSe더블헤테로활성층(465nm) 33(4) ZnSe double hetero active layer (465 nm) 33

(5) p형 Be0.20Mg0.20Zn0.60Se클래드층 34(5) p-type Be 0.20 Mg 0.20 Zn 0.60 Se cladding layer 34

(6) p형 ZnTe/ZnSe초격자콘텍트층 35(6) p-type ZnTe / ZnSe superlattice contact layer 35

와 같은 층구조이다.It is the same layer structure.

이 에피웨이퍼를 사용해서, 실시예 1과 동일방법으로 LED를 제작했다. 이 LED에 있어서도, 파장C(465nm)는, 파장A(510nm)보다도 짧으므로, 에피택셜발광구조로부터나온 465nm의 광중에서, 기판에 입사한 분은, 기판에 흡수되고, 파장B(600nm)의 형광을 발생한다.Using this epiwafer, an LED was produced in the same manner as in Example 1. Also in this LED, since the wavelength C (465 nm) is shorter than the wavelength A (510 nm), in the 465 nm light emitted from the epitaxial light emitting structure, the incident on the substrate is absorbed by the substrate, and the wavelength B (600 nm) Generates fluorescence.

이 LED를 정전류모드에 의해 측정한 바, 전형적인 휘도는 20㎃이고, 1mW이었다. 고휘도의 황색기의 핑크색, 및 청색기의 적자색광을 얻을 수 있었다.This LED was measured in a constant current mode and the typical luminance was 20 Hz, which was 1 mW. High luminance yellow group of pink and blue group of reddish purple light were obtained.

이 LED의 발광스펙트르를 도 9에 표시한다. 설계대로, 465nm에 예리한 피크를 가진 에피택셜발광구조로부터의 발광(밴드갭천이에 의함)과, 600nm에 브로드한 피크를 가진 ZnSe기판으로부터의 SA발광이 조합되어 있는 것을 알 수 있다.The emission spectra of this LED are shown in FIG. As the design, it can be seen that light emission from the epitaxial light emission structure having a sharp peak at 465 nm (by band gap transition) and SA light emission from a ZnSe substrate having a peak broad at 600 nm are combined.

도핑량이 적은(1×1017cm-3)기판의 소자γ에 의해서는 기판의 형광강도가 작고, 도핑량이 많은(5×1018cm-3)기판의 소자δ에 의해서는, 기판형광강도가 크게 되어 있다. 형광이 도핑량에 비례해서 강하게 된다고 하는 것을 알 수 있다.The element γ of the substrate having a small amount of doping (1 × 10 17 cm −3 ) has a small fluorescence intensity of the substrate, and the element fluorescence of the substrate having a large doping amount (5 × 10 18 cm −3 ) has a substrate fluorescence intensity It is large. It can be seen that the fluorescence is intensified in proportion to the amount of doping.

이 발광스펙트르를 색도도 상에서 표현한 것이 도 10이다. 도핑량이 작은 (1×1017cm-3)소자γ는 색도가, (x,y)=(0.34, 0.19)의 청색기의 적자색이다. 도핑량이 큰(5×1018cm-3)소자 δ는 색도가(x,y)=(0.50, 0.29)의 황색기의 핑크색으로 되어 있다. 도 10에는, 에피택셜발광구조로부터의 발광색도(△점)와, 기판형광만의 색도(□점)를 표시한다. 소자γ, 소자δ함께 이들 2개의 점을 연결하는 선분(分)의 위에 탄다Fig. 10 shows the emission spectra on the chromaticity diagram. The (1 × 10 17 cm −3 ) element γ having a small doping amount is a reddish purple of a blue group whose chromaticity is (x, y) = (0.34, 0.19). The (5 x 10 18 cm -3 ) element δ having a large doping amount is pink in a yellow group with chromaticity (x, y) = (0.50, 0.29). In Fig. 10, the emission chromaticity (? Point) from the epitaxial luminescence structure and the chromaticity (? Point) of only the substrate fluorescence are shown. The element γ and the element δ ride on the line segment connecting these two points.

[실시예 3(AlGaAs기판(Si); ZnSe계 황색·주황색소자; 520nm, 550nm, 690nm)]Example 3 (AlGaAs substrate (Si); ZnSe-based yellow / orange element; 520 nm, 550 nm, 690 nm)

기판으로서, Si를 도프한 n형 GaAs기판(46)상에 n형 AlGaAs층(47)을 액층에피택셜법(LPE)에 의해 형성한 AlGaAs기판(40)을 채용했다. 에피택셜발광구조체로서 ZnSe를 모체로하는 혼정으로 이루어진 적층구조로 채용했다.As the substrate, an AlGaAs substrate 40 in which an n-type AlGaAs layer 47 was formed by a liquid layer epitaxial method (LPE) on a n-type GaAs substrate 46 doped with Si was employed. As the epitaxial light emitting structure, a laminated structure composed of a mixed crystal based on ZnSe was employed.

AlGaAs기판(40)은, Al조성을 변화시킴으로써, 밴드갭을 변화시킬수 있다. 밴드갭에너지를 대응하는 파장으로 표현하면, 570nm∼860nm의 범위에서 밴드갭에너지를 변화시키는 것이 가능하다. 여기서는 기판쪽조성으로서 Al0.50Ga0.50As의 조성을 선택했다. AlGaAs기판(40)에 도프하는 n형 불순물로서 Si를 채용했다. 이 Al조성의 AlGaAs기판은 640nm보다 짧은 파장(파장A:640nm)을 흡수하고, 도펀트인 Si의 재결합중심발광에 의해 690nm에 브로드한 피크를 가진 형광을 발한다(파장 B: 690nm).The AlGaAs substrate 40 can change the band gap by changing the Al composition. When the band gap energy is expressed by the corresponding wavelength, it is possible to change the band gap energy in the range of 570 nm to 860 nm. Here, a composition of Al 0.50 Ga 0.50 As was selected as the substrate side composition. Si was adopted as an n-type impurity doped in the AlGaAs substrate 40. The AlGaAs substrate of the Al composition absorbs a wavelength shorter than 640 nm (wavelength A: 640 nm) and emits fluorescence having a broad peak at 690 nm by recombination center emission of dopant Si (wavelength B: 690 nm).

이 도전성AlGaAs기판(40)에, 발광피크파장이 520nm(소자ε) 또는 550nm (소자ζ)인 것 같은 녹색의 발광구조(도 11)를, MBE법에 의해 헤테로에피택셜성장시켰다. 이 에피택셜발광구조는 위에서부터 차례로, p형에 도프된 ZnTe와 ZnSe의 적층초격자구조로 이루어진 p형 콘텍트층(45), p형에 도프된 Zn0.90Mg0.10S0.15Se0.85층으로 이루어진 p형 클레드층(44), ZnS0.06Se0.94층과 Zn0.70Cd0.30Se층(ε), 혹은 ZnS0.06Se0.94층과 Zn0.60Cd0.40Se층(ζ)의 적층구조로 이루어진 다중량자 우물활성층(43), n형에 도프된 Zn0.90Mg0.10S0.15Se0.85층으로 이루어진 n형 클래드층(42)로 형성된다. 실제로는 n형 AlGaAs기판(40)과 에피택셜발광구조사이에는 n형 ZnSSe버퍼층(41)이 있다.On the conductive AlGaAs substrate 40, a green light emitting structure (Fig. 11) having a light emission peak wavelength of 520 nm (element?) Or 550 nm (element?) Was heteroepitaxially grown by the MBE method. The epitaxial luminescent structure is sequentially formed from above, p-type contact layer 45 composed of p-type doped ZnTe and ZnSe laminated superlattice structure, p-type Zn 0.90 Mg 0.10 S 0.15 Se 0.15 Se 0.85 layer Multi-quantum well active layer consisting of a stacked cladding layer 44, a ZnS 0.06 Se 0.94 layer and a Zn 0.70 Cd 0.30 Se layer (ε), or a ZnS 0.06 Se 0.94 layer and a Zn 0.60 Cd 0.40 Se layer (ζ) (43), an n-type cladding layer 42 composed of Zn 0.90 Mg 0.10 S 0.15 Se 0.85 layer doped in n-type. In fact, there is an n-type ZnSSe buffer layer 41 between the n-type AlGaAs substrate 40 and the epitaxial light emitting structure.

기판쪽으로부터 층구조를 열기하면Opening the layer structure from the substrate side

(1) n형 GaAs기판 46(1) n-type GaAs substrate 46

(2) n형 AlGaAs층(Si도프, SA발광=690nm) 47(2) n-type AlGaAs layer (Si dope, SA emission = 690 nm) 47

(3) n형 ZnSSe버퍼층 41(3) n-type ZnSSe buffer layer 41

(4) n형 Zn0.90Mg0.10S0.15Se0.85클래드층 42(4) n-type Zn 0.90 Mg 0.10 S 0.15 Se 0.85 Clad Layer 42

(5) ZnS0.06Se0.94/Zn0.70(Cd0.30Se다중량자우물활성층(520nm) 43...(소자 ε), 또는(5) ZnS 0.06 Se 0.94 / Zn 0.70 (Cd 0.30 Se heavy weight well active layer (520 nm) 43 ... (element ε), or

(5') ZnS0.06Se0.94/Zn0.60(Cd0.40Se다중량자우물활성층(550nm) 43 ...(소자 ζ)(5 ') ZnS 0.06 Se 0.94 / Zn 0.60 (Cd 0.40 Se) Heavy weight well active layer (550 nm) 43 ... (element ζ)

(6) p형 Zn0.90Mg0.10S0.15Se0.85클래드층 44(6) p-type Zn 0.90 Mg 0.10 S 0.15 Se 0.85 cladding layer 44

(7) p형 ZnTe/ZnSe초격자콘텍트층 45와 같은 적층구조가 된다. 또한 (5)의 소자 ε의 활성층에 대해서는, ZnSe0.90Te0.10더블헤테로활성층(520nm)으로해도 상관없다.(7) The same lamination structure as the p-type ZnTe / ZnSe superlattice contact layer 45 is obtained. The active layer of the element ε of (5) may be ZnSe 0.90 Te 0.10 double hetero active layer (520 nm).

소자 ε,ζ는 다중량자우물활성층의 한쪽층 ZnCdSe의 Cd의 혼정비가 다르다. 소자ε는 0.30, 소자ζ는 0.40이다. Cd비율이 높아지면 밴드갭이 좁아지고 발광파장은 길어진다.The elements ε and ζ have different mixing ratios of Cd of one layer ZnCdSe of the multi-quantum well active layer. The element ε is 0.30 and the element ζ is 0.40. The higher the Cd ratio, the narrower the band gap and the longer the emission wavelength.

이와 같은 에피웨이퍼에 대해서, 실시예 1과 동일방법에 의해서 LED를 제작했다. 단 기판측의 n측 전극으로서는 Au-Ge전극을 채용했다. P쪽 전극은 Pd/Au전극이며 전예와 마찬가지이다.For such an epi wafer, an LED was produced in the same manner as in Example 1. However, as the n-side electrode on the substrate side, Au-Ge electrode was adopted. The P side electrode is a Pd / Au electrode and is the same as in the previous example.

이 LED는, 기판과, 에피택셜발광구조가 다르나, 그래도 발광파장(파장C)이, 형광의 파장(파장A)보다 단파장이다. 에피택셜발광구조로부터 나온광(520nm 또는 550nm)중에서 기판에 입사한 분은 기판에 의해서 흡수되고, 파장B(690nm)의 형광을 발생한다.Although the LED and the epitaxial light emitting structure are different from the substrate, the light emitting wavelength (wavelength C) is shorter than the wavelength of the fluorescence (wavelength A). Part of the light (520 nm or 550 nm) emitted from the epitaxial light emitting structure is incident on the substrate and is absorbed by the substrate to generate fluorescence of wavelength B (690 nm).

이 LED를 정전류모드에 의해 측정했다. 고휘도의 황색 및 주황색광을 얻을 수 있었다. 전형적인 휘도는 20㎃이고 3mW이었다.This LED was measured by the constant current mode. High brightness yellow and orange light could be obtained. Typical luminance was 20 Hz and 3 mW.

이 LED의 발광스펙트르를 도 12에 표시한다. 설계대로, 520nm(소자ε) 또는 550nm(소자ζ)에 피크를 가진 예리한 발광구조(밴드갭천이에 의함)와, 690nm에 브로드한 피크를 가진 AlGaAs기판의 불순물발광이 조합되어 있는 것을 알 수 있다.The emission spectra of this LED are shown in FIG. As a design, it can be seen that a sharp light emitting structure (by band gap transition) having a peak at 520 nm (element ε) or 550 nm (element ζ) and impurity emission of an AlGaAs substrate having a broad peak at 690 nm are combined. .

이 발광스펙트르를 색도도에 표현한 것이 도 13이다. 에피택셜발광구조로부터의 발광파장이 520nm(소자ε)는 색도가 (x,y)=(0.47, 0.48)의 황색으로 되어있다. 에피택셜발광구조로부터의 발광파장이 550nm(소자 ζ)는 색도가 (x,y)= (0.57, 0.43)의 주황색으로 되어 있다. 도 13에 있어서도, 발광구조로부터의 광만의 색도(△: 2종류)와, 기판형광만의 색도(□점)를 표시한다. 소자 ε, 소자ζ함께, 이들 점을 연결하는 선분위에 있다.Fig. 13 shows the emission spectra in the chromaticity diagram. The emission wavelength from the epitaxial light emitting structure is 520 nm (element?), And the chromaticity is yellow with (x, y) = (0.47, 0.48). The emission wavelength from the epitaxial light emitting structure is 550 nm (element ζ), and the chromaticity is orange with (x, y) = (0.57, 0.43). Also in Fig. 13, the chromaticity of light only from the light emitting structure (?: 2 types) and the chromaticity of the substrate fluorescent light (? Point) are shown. Together with element ε and element ζ, they are in the line segment connecting these points.

[실시예 4(GaP기판(Zn,O); GaInN계 황색소자; 520nm, 700nm)][Example 4 (GaP substrates (Zn, O); GaInN-based yellow elements; 520 nm, 700 nm)]

기판으로서, Zn과 O을 함께 도프한 반절연성 GaP기판(50)을 채용했다. 에피택셜발광구조로서는 GaN을 모체로하는 혼정의 적층구조를 채용했다. GaP는 간접천이형 반도체이나, Zn과 O을 도프함으로써, 550nm(파장: 550nm)보다 짧은 파장을 흡수하고, 불순물재결합중심을 개재한 재결합발광에 의해서, 700nm에 브로드한 피크를 가진 형광을 발한다(파장B: 700nm).As the substrate, a semi-insulating GaP substrate 50 doped with Zn and O was employed. As an epitaxial luminescent structure, a mixed crystal structure of GaN as a matrix was adopted. GaP is an indirect transition type semiconductor, but absorbs wavelengths shorter than 550 nm (wavelength: 550 nm) by doping Zn and O, and emits fluorescence having a broad peak at 700 nm by recombination emission through an impurity recombination center ( Wavelength B: 700 nm).

이 반절연성(GaP기판상에, 도 14에 표시한 바와 같은 에피택셜발광구조를 MOCVD법에 의해서 헤테로에피택셜성장시켰다. 이것은 피크파장이 520nm의 녹색을 잘생하는 에피택셜발광구조(파장C:520nm)이다.On this semi-insulating (GaP substrate, an epitaxial luminescent structure as shown in Fig. 14 was heteroepitaxially grown by MOCVD. This is an epitaxial luminescent structure with a peak wavelength of 520 nm, which is good for green. )to be.

이 에피택셜발광구조는, 위에서부터 차례로, p형에 도프된 GaN으로 이루어진 p형 콘텍트층(55), p형에 도프된 Al0.15Ga0.85N층으로 이루어진 p형 클래드층(54), Ga0.70In0.30N층으로 이루어진 더블헤테로 활성층(53), n형에 도프된 Al0.15Ga0.85N층으로 이루어진 n형 클래드층(52), n형에 도프된 GaN로 이루어진 n형콘텍트(버퍼층) 층(51)으로 이루어진다.The epitaxial luminescent structure is a p-type contact layer 55 made of GaN doped in p-type, and a p-type cladding layer 54 made of Al 0.15 Ga 0.85 N-doped p-type, Ga 0.70 from above. Double hetero active layer 53 consisting of 0.30 N layers, n type cladding layer 52 composed of Al 0.15 Ga 0.85 N layer doped with n type, n type contact (buffer layer) layer composed of GaN doped with n type ( 51).

에피택셜발광구조와 GAP기판(50)사이에는, 버퍼층이 존재하는 것이 이제까지의 예이였으나, 이 실시예에서는, n형 GAN콘텍트층(51)이 버퍼층의 역할을 겸한다. GAP기판이 절연성이므로 저면에 n측전극을 붙일 수 없다. GaN로 이루어지는 n형 버퍼층의 일부에 이르기까지 에피층을 잘라내어 n측전극을 제작한다. 그래서 n형 GaN버퍼층이라고 해야할 곳을 n형 GaN콘텍트층이라고 표현하고 있다. p측전극은 Pd/Au, n측전극은 Ti/Al이다. p측전극은 p형 콘텍트층위에 n측전극은 일부 노정한 n형 콘택트층의 위에 형성한다.In the past, the buffer layer is present between the epitaxial light emitting structure and the GAP substrate 50. However, in this embodiment, the n-type GAN contact layer 51 serves as a buffer layer. Since the GAP substrate is insulative, the n-side electrode cannot be attached to the bottom. An epitaxial layer is cut out to a part of n-type buffer layer which consists of GaN, and n-side electrode is produced. Therefore, an n-type GaN buffer layer is expressed as an n-type GaN contact layer. The p-side electrode is Pd / Au, and the n-side electrode is Ti / Al. The p-side electrode is formed on the p-type contact layer, and the n-side electrode is formed on the partially exposed n-type contact layer.

에피웨이퍼층구조를 아래로부터 기록하면,If the epiwafer layer structure is recorded from below,

(1) 반절연성 GaP기판(Zn,O 도프: 700nm) 50(1) Semi-insulating GaP substrate (Zn, O dope: 700nm) 50

(2) n형 GaN콘텍트층(n측전극장착) 51(2) n-type GaN contact layer (with n-side electrode) 51

(3) n형 Al0.15Ga0.85N클래드층 52(3) n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 52

(4) Ga0.70In0.30N더블헤테로활성층(520nm) 53(4) Ga 0.70 In 0.30 N double hetero active layer (520 nm) 53

(5) p형Al0.15Ga0.85N크래드층 54(5) p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 54

(6) p형GaN 콘텍트층 55(6) p-type GaN contact layer 55

와 같이 된다.Becomes

이 에피웨이퍼의 p형 GaN콘텍트층(55)위에 Pd/Au로 이루어지는 도트형상의 p측전극을 500㎛×500㎛의 주기에 의해 형성했다. 이것이 칩사이즈이다. 동일 주기에 의해, 에피층의 일부를 드라이에칭에 의해서 수직으로 잘라 n형 GaN콘텍트층(51)을 노정시키고, 거기에 Ti/Al로 이루어진 도트형상의 n측전극을 형성했다. n측전극은 저면이 아니고, 상부면이 노정된 n형 콘텍트층에 형성하므로 도트형상으로 한다. 전극 형성후의 에피웨이퍼를 500㎛×500㎛각의 사이즈로 잘라내고, 소자가대(스템)에 고정했다. 이것을 소자 η로 한다.On the epitaxial p-type GaN contact layer 55, a dot-shaped p-side electrode made of Pd / Au was formed at a cycle of 500 mu m x 500 mu m. This is the chip size. By the same period, a part of the epi layer was cut vertically by dry etching, and the n-type GaN contact layer 51 was exposed, and a dot-shaped n-side electrode made of Ti / Al was formed there. The n-side electrode is not in the bottom but is formed in the n-type contact layer on which the top surface is exposed. The epiwafer after electrode formation was cut out to the size of 500 micrometers x 500 micrometers, and the element was fixed to the mount stand (stem). Let this be the element (eta).

이 소자 η의 경우 기판이 절연성이므로, 도 3(a), 도 3(b)와 같이 통상의 LED의 실장방법은 적용되지 않는다. 도 1(a), 도 1(b)의 사파이어/GaInN과 같이, 칩위쪽으로부터, n측전극과 p측전극에 와이어를 본딩해서, 리드에 접속한다.In the case of this element η, since the substrate is insulative, a conventional LED mounting method is not applied as shown in Figs. 3A and 3B. Like the sapphire / GaInN of Fig. 1 (a) and Fig. 1 (b), a wire is bonded from the upper side to the n-side electrode and the p-side electrode and connected to the lead.

이 LED소자 η에 의해서도, 파장C(520nm)는, 파장A(550nm)보다 단파장이므로, 에피택셜발광구조로부터 나온광(520nm)중에서, 기판에 입사한 분은, GaP기판에 의해서 흡수되어 파장B(700nm)의 형광을 발한다. 외부에는 520nm의 광과 700nm의 광의 합성된 것이 나온다.The wavelength C (520 nm) is shorter than the wavelength A (550 nm) even with this LED element η. Therefore, among the light emitted from the epitaxial light emitting structure (520 nm), the incident light is absorbed by the GaP substrate and the wavelength B is used. Fluorescence of (700 nm). On the outside is a composite of 520 nm light and 700 nm light.

이 LED를 정전류모드에 의해 측정한 바 발광은 황색이고 전형적인 휘도는 20㎃이고 3㎽이었다. 고휘도의 황색광을 얻을수 있었다.The LED was measured in a constant current mode and the light emission was yellow with a typical luminance of 20 Hz and 3 Hz. High brightness yellow light was obtained.

도 15는 이 LED의 발광스펙트르를 표시하는 그래프이다. 설계대로, 520nm에 피크를 가진 에피택셜발광구조로부터의(밴드갭천이) 발광과, 700nm에 브로드한 피크를 가진 GaP기판으로부터의 불순물발광이 조합되어 있다는 것을 알 수 있다.Fig. 15 is a graph showing emission spectra of this LED. As a design, it can be seen that light emission from an epitaxial light emitting structure having a peak at 520 nm (band gap transition) and impurity light emission from a GaP substrate having a broad peak at 700 nm are combined.

이 발광스펙트르를 색도도 상에서 표시한 것이 도 16이다. 이 광은 색도가 (x, y)=(0.45, 0.46)의 황색으로 되어 있다. 도 16에 있어서도, 에피택셜발광구조로부터의 발광에 대한 색도(△점)와, 기판의 형광의 색도(□점)를 표시한다. 이 소자의 색도는, 발광구조색도와 기판형강색도를 연결하는 선분의 위에 있다.Fig. 16 shows this light emission spectrum on the chromaticity diagram. This light has yellow color with (x, y) = (0.45, 0.46). Also in FIG. 16, the chromaticity (Δ dot) for light emission from the epitaxial light emitting structure and the chromaticity (□ dot) of the fluorescence of the substrate are also shown. The chromaticity of this element lies on the line segment connecting the light emitting structure chromaticity with the substrate type chromaticity.

[실시예 5(기상성장GaN기판, GaInN활성층, 정립(正立))]Example 5 (Gaseous Growth GaN Substrate, GaInN Active Layer, Grain)

GaN단결정은 전술과 같이 기상성장(HVPE, MOC, MOCVD법) 혹은 융액성장법에 의해서 성장시킨다. 그 GaN의 자립막을 기판으로 한다. GaN기판은, 산소, 탄소와 같은 도펀트 혹은 질소빈구멍과 같은 결함을 부여해둔다. 산소, 탄소, 질소빈구멍은 형광중심이 된다. GaN기판의 두께는 50㎛∼2000㎛정도가 좋다. GaN기판위에 GaInN의 결정박막을 에피택셜성장시킨다. 예를 들면 MOCVD법에 의해서 에피택셜성장할 수 있다.The GaN single crystal is grown by vapor phase growth (HVPE, MOC, MOCVD method) or melt growth method as described above. The GaN self-supporting film is used as a substrate. GaN substrates impart defects such as dopants such as oxygen and carbon or nitrogen void holes. Oxygen, carbon and nitrogen pores become fluorescent centers. The thickness of the GaN substrate may be about 50 µm to 2000 µm. A GaInN crystal thin film is epitaxially grown on the GaN substrate. For example, epitaxial growth can be performed by MOCVD.

도 20에 GaN에피택셜웨이퍼(60)의 구조를 표시한다. n형 GaN기판(62)위에 n형 GaN버퍼층(63), n형 AlGaN클래드층(64), GaInN활성층(65), p형 AlGaN클래드층 (66), p형 GaN콘텍트층(67)이 형성된다. 에피택셜층에서는 p형 도펀트로서 Mg를 n형도펀트로서 Si를 채용했다. 보다 구체적인 조성을 표시한다.The structure of the GaN epitaxial wafer 60 is shown in FIG. An n-type GaN buffer layer 63, an n-type AlGaN cladding layer 64, a GaInN active layer 65, a p-type AlGaN cladding layer 66, and a p-type GaN contact layer 67 are formed on the n-type GaN substrate 62. do. In the epitaxial layer, Mg was used as the p-type dopant and Si was used as the n-type dopant. More specific composition is indicated.

(1) n형GaN기판 62(1) n-type GaN substrate 62

(2) n형GaN버퍼층 63(2) n-type GaN buffer layer 63

(3) n형Al0.20Ga0.80N클래드층 64(3) n-type Al 0.20 Ga 0.80 N Clad Layer 64

(4) Ga0.88In0.12N활성층 65(4) Ga 0.88 In 0.12 N active layer 65

(5) p형Al0.20Ga0.80N클래드층 66(5) p-type Al 0.20 Ga 0.80 N cladding layer 66

(6) p형GaN콘텍트층 67(6) p-type GaN contact layer 67

콘텍트층은 p전극과 오믹접촉하여 저항이 작은 것이 필요하고 p형농도가 높다. AlGaN클래드층은 밴드갭이 넓고 활성층에 케리어를 가두는 작용이 있다. GaInN활성층은, 얇은 InN막, GaN막을 어느 층에도 교호로 적층한 것이다.The contact layer needs ohmic contact with the p-electrode to have low resistance and high p-type concentration. The AlGaN cladding layer has a wide band gap and confines the carrier to the active layer. The GaInN active layer is obtained by alternately stacking a thin InN film and a GaN film on either layer.

이 에피택셜웨이퍼의 p형 콘텍트층위에 Pd/Au로 이루어지는 p전극을 형성했다. 이면의 n형 GaN에는, In의 n전극을 형성했다. n전극에는 In/TiAu를 사용할 수도 있다. 패턴전극의 형성에는 포토리조그래피를 사용한다. 전극형성후의 에피택셜웨이퍼를 300㎛×300㎛각의 사이즈로 잘라내고, 도 3(a), 도 3(b)와 같이 리드(10)의 스템(16)에 고정했다. n전극을 아래로, p전극을 위로 하였다. 결국 GaN기판(12)이 스템(16)에 접촉한다. p전극을 와이어에 의해서 다른 리드(11)에 장착했다. 이들을 투명수지에 의해서 몰드했다.A p electrode made of Pd / Au was formed on the p-type contact layer of the epitaxial wafer. An n electrode of In was formed in the n-type GaN on the back surface. In / TiAu may be used for the n electrode. Photolithography is used to form the pattern electrodes. The epitaxial wafer after electrode formation was cut out to the size of 300 micrometers x 300 micrometers angle, and it fixed to the stem 16 of the lid 10 like FIG.3 (a), FIG.3 (b). The n electrode was down and the p electrode was up. As a result, the GaN substrate 12 contacts the stem 16. The p-electrode was attached to the other lead 11 by a wire. These were molded by transparent resin.

이 LED를 정전류모드에 의해 측정했다. 고휘도의 백색광이 방사되었다. 20㎃의 구동전류에 대해서 전형적인 휘도는 1.5Cd이었다. 도 21에 이 LED의 발광스펙트르를 표시한다. 설계대로 430nm에 예리한 피크를 가진 에피택셜발광층으로부터의 LED발광과, 550nm에 예리한 피크를 가진 브로드한 GaN기판으로부터의 형광발광이 조합되어 있다. 합성된 광은 백색이다. 청색이 조금 강한 한색(寒色)의 백색이었다.This LED was measured by the constant current mode. High brightness white light was emitted. The typical luminance was 1.5 Cd for a drive current of 20 mA. Fig. 21 shows light emission spectra of this LED. By design, LED emission from an epitaxial luminescent layer with a sharp peak at 430 nm and fluorescence emission from a broad GaN substrate with a sharp peak at 550 nm are combined. The synthesized light is white. Blue was slightly strong white color.

[실시예 6(융액성장법의 GaN기판, 도립(倒立), 기판두께 3종)]Example 6 (GaN Substrate, Inverted, Substrate Thickness 3 Types of Melt Growth Method)]

융액성장법을 사용해서 제작한 두께가 다른 3종류의 GaN기판을 준비했다. 두께는 100㎛, 500㎛, 1mm이다. 이 GaN기판위에 실시예 5와 마찬가지의 호모에피탤셜구조를 MOCVD법에 의해서 제작했다. 도 20의 구조를 가지고, p형 도펀트는 Mg, n형 도펀트는 Si이다. 본 구조에서는 활성층에 Zn을 도프해 있다.Three kinds of GaN substrates having different thicknesses prepared using the melt growth method were prepared. Thickness is 100 micrometers, 500 micrometers, and 1 mm. On this GaN substrate, a homo epitaxial structure similar to Example 5 was produced by MOCVD. With the structure of FIG. 20, the p-type dopant is Mg and the n-type dopant is Si. In this structure, Zn is doped into the active layer.

(1) n형GaN 62(1) n-type GaN 62

(2) n형GaN 63(2) n-type GaN 63

(3) n형Al0.20Ga0.80N클래드층 64(3) n-type Al 0.20 Ga 0.80 N Clad Layer 64

(4) Zn도프Ga0.88In0.12N활성층 65(4) Zn-doped Ga 0.88 In 0.12 N active layer 65

(5) p형Al0.20Ga0.80N클래드층 66(5) p-type Al 0.20 Ga 0.80 N cladding layer 66

(6) p형GaN콘텍트층 67(6) p-type GaN contact layer 67

p형 GaN콘텍트층의 위에 p전극 Pd/Au를 설치했다. p전극은 에피택셜면의 전체에 형성하고 있다. n형 GaN기판의 저면에, 100㎛×100㎛의 In의 n전극을 설치했다. p전극의 칩피복률은 100%, n전극의 칩피복률은 11%이다. 이것을 300㎛×300㎛의 정사각형칩으로 잘라내서 이면을 위로 향하게 해서 스템에 장착했다. 에피택셜표면을 아래로 하므로 에피사이드다운이라고도한다. p전극은 스템에 바로 장착된다. n전극만을 와이어에 의해서 스템에 접속한다. 이것을 투명수지에 의해 몰드했다.The p-electrode Pd / Au was provided on the p-type GaN contact layer. The p electrode is formed over the entire epitaxial surface. On the bottom of the n-type GaN substrate, an n-electrode of In having a thickness of 100 µm x 100 µm was provided. The chip coverage of the p-electrode is 100% and the chip coverage of the n-electrode is 11%. This was cut out with a square chip of 300 µm x 300 µm and mounted on the stem with the rear side facing up. It is also called episide down because the epitaxial surface is down. The p-electrode is mounted directly to the stem. Only the n electrode is connected to the stem by a wire. This was molded by transparent resin.

이 LED를 정전류모드에 의해 발광시킨바, 고휘도의 백색광을 얻을 수 있었다. 실시예 5의 LED는, 백색의 색조얼룩이 보였으나, 이 수광소자는 소자면 수직방향에는 그와 같은 얼룩이 없다. 에피사이드다운이고, 수직방향으로 나오는 광은, 형광과 LED발광이 혼합해있기 때문이다. 전형적인 휘도는, 전류 20mA이고, 1.5∼2Cd이었다. 기판두께(100㎛,500㎛, 1mm)에 따라서 백색의 느낌이 틀린다.When this LED was made to emit light in the constant current mode, high brightness white light was obtained. The LED of Example 5 showed white tint stains, but this light receiving element did not have such spots in the element surface vertical direction. This is because the light emitted episide down and emitted in the vertical direction is a mixture of fluorescence and LED light emission. Typical luminance was a current of 20 mA and 1.5 to 2 Cd. Depending on the substrate thickness (100 μm, 500 μm, 1 mm), the white feel is wrong.

(κ) 100㎛두께의 LED... 청색기있는 한색의 색조의 백색(κ) 100 μm-thick LED with a white tint of blue

(λ) 500㎛두께의 LED... 중성의 백색(λ) 500 µm thick LED ... neutral white

(μ) 1000㎛두께의 LED... 꽤 황색이 강한 난조(暖調)의 백색이었다. 각각의 백색발광의 색도 κ,λ,μ를 색도좌표에 의해 표시하면 도 22와 같이 된다.(μ) LED having a thickness of 1000 µm. The chromaticities κ, λ, and μ of each white light emission are represented by chromaticity coordinates as shown in FIG.

도 22에 있어서 M점은 460nm에 피크를 가진 LED발광구조만으로부터의 발광을 표시한다. 색순도가 좋으므로 색도도 곡선의 코너에 위치한다. N점은 580nm을 중심으로 하는 형광발광의 색도를 표시한다. 브로드한 피크이고 여러가지의 광을 포함하므로 ∧곡선의 내부에 있다. 점 M의 광과 점 N의 광을 합성한 광은 직선 MN의 위에 있다. GaN기판이 얇을 경우, 형광이 약해지고 M쪽으로 치우친다. 기판이 두꺼운 경우 형광이 강해져서 N쪽으로 치우친다.In FIG. 22, point M indicates light emission from only the LED light emitting structure having a peak at 460 nm. Since color purity is good, chromaticity is also located at the corner of the curve. Point N represents the chromaticity of fluorescence emission centered at 580 nm. It is a broad peak and contains a variety of light, so it is inside the curve. The light which synthesize | combined the light of the point M and the light of the point N is on the straight line MN. When the GaN substrate is thin, the fluorescence weakens and is biased toward the M side. If the substrate is thick, the fluorescence becomes stronger and is biased toward N.

κ점 ... GaN기판두께가 100㎛이다. M점에 가장 가깝다.kappa ... GaN substrate thickness is 100 micrometers. It is closest to M point.

λ점 ... GaN기판두께가 500㎛이다. 중간이다.lambda point ... GaN substrate thickness is 500 mu m. In the middle.

μ점 ... GaN기판두께가 1000㎛(1mm)이다. N점에 가장 가깝다.µ point ... GaN substrate thickness is 1000 mu m (1 mm). It is closest to N point.

이들 백색을 색조(色調)온도에 의해 표현할 수도 있다.These white colors can also be expressed by color temperature.

κ점 ... 조금 청색이 강한 한색의 백색이고 색조온도는 80000K정도κ point ... A little blue is a strong white color and the color temperature is about 80000K

λ점 ... 중성의 백색이고 새조온도는 5000K정도λ point ... neutral white and bird's nest temperature is about 5000K

μ점 ... 황색이 강한 난색의 백색이고 색조온도는 3000K정도μ point ... yellowish yellow, warm white color, hue temperature about 3000K

이와 같이 기판의 두께를 바꿈으로써 색조가 다른 백색을 얻을 수 있다. 이것은 기판의 불순물농도는 일정한 경우이다.By changing the thickness of the substrate in this way, a white color having a different color tone can be obtained. This is a case where the impurity concentration of the substrate is constant.

기판의 불순물농도를 바꾸면 기판의 흡수계수가 변화하고, 기판두께와 LED의 색조의 관계는 상기의 관계로부터 변화해간다는 것도 판명했다.It was also found that changing the impurity concentration of the substrate changes the absorption coefficient of the substrate and the relationship between the substrate thickness and the color tone of the LED changes from the above relationship.

활성층의 Ga1-XInXN의 조성X를 바꿈으로써 발광파장을 40nm∼500nm사이에서 변화시킬 수 있다. LED발광파장을 이 범위에서 변화시켜도, 기판두께를 최적화함으로써 백색광을 얻을 수 있다는 것도 알았다.The emission wavelength can be changed between 40 nm and 500 nm by changing the composition X of Ga 1-X In X N of the active layer. It has also been found that even if the LED light emission wavelength is changed in this range, white light can be obtained by optimizing the substrate thickness.

도 17에 실시예 1∼6에 기술한 α∼η,κ∼μ의 LED의 색도와, 그들의 에피택셜발광구조체, 기판형광의 색도를 일괄해서 표시한다.In Fig. 17, the chromaticity of the?-?,?-? LEDs described in Examples 1 to 6, and the chromaticity of their epitaxial luminescent structures and substrate fluorescence are collectively displayed.

도 18에는 실시예 1∼6의 기판재료, 형광중심파장, 에피택셜발광구조체의 재료, 전류주입발광의 파장, 기판두께, 실시예의 부호 등을 일괄해서 표시한다.Fig. 18 collectively displays the substrate materials of Examples 1 to 6, the fluorescence center wavelength, the material of the epitaxial light emitting structure, the wavelength of the current injection light emission, the substrate thickness, the symbol of the embodiment, and the like.

본 발명은 불순물을 도프한 GaN기판, AlGaAs기판, GaP기판, ZnSe기판 등을 기판으로 하고 그것에 적합한 활성층을 가진 LED를 제안한다. 활성층의 발광과, 기판형광에 의해서 다양한 중간색이나 백색을 얻을 수 있다. 종래의 단일 LED에 의해서는, 적색총색 중간색, 적색청색녹색 중간색을 만들 수 없었다. 본 발명에 의하면, 적색청색중간색(적자색이나 핑크색), 녹색적색 중간색(황색, 주황색)이나, 적색청색록색의 중간색(백색)의 단일LED를 간단하고 저코스트의 프로세스에 의해 제작할 수 있다. 그것도 고휘도의 적자색, 핑크색, 주황색, 백색의 단일LED를 부여할 수 있다. 적색록색의 중간색LED는 종래에 있어서도 존재했으나 본 발명은 보다 낮은 코스트로 고휘도의 적색록색 중간색(황색, 주황색)LED를 제작할 수 있다. LED에 의해서 만들어 낼 수 있는 중간색의 범위가 넓어진다. 단일의 LED로서 제조코스트를 저감할 수 있다. 기판의 종류 및 활성층의 종류를 바꿈으로써 여러가지백색이나 중간색을 내는 LED를 제조할 수 있다. LED이므로 소형경량저전압이고 취급도 용이하다. 작식용, 표시용 등의 용도에 큰 수요를 기대할 수 있다.The present invention proposes an LED having an active layer suitable for using a GaN substrate, an AlGaAs substrate, a GaP substrate, a ZnSe substrate, and the like doped with impurities. Various intermediate colors and whites can be obtained by light emission of the active layer and substrate fluorescence. By the conventional single LED, it was not possible to produce a red total color neutral color and a red blue green intermediate color. According to the present invention, a single LED of red, blue, middle (red, pink), green, red, middle (yellow, orange), or red, blue, green, middle (white) can be manufactured by a simple and low cost process. It can also give a single LED of high brightness red, pink, orange, and white. Although red-green intermediate LEDs exist in the related art, the present invention can produce high-brightness red-green intermediate (yellow and orange) LEDs at a lower cost. The range of intermediate colors that can be produced by LEDs is widened. The manufacturing cost can be reduced as a single LED. By changing the type of substrate and the type of active layer, it is possible to manufacture LEDs that produce various white and intermediate colors. As it is an LED, it is small and light in low voltage and is easy to handle. Large demands can be expected for applications such as cropping and marking.

Claims (13)

형광중심이 되는 불순물을 첨가한 반도체결정 혹은 절연체결정으로 이루어진 기판과, 기판상에 형성되어 전류주입에 의해 발광하는 구조를 가진 에피택셜층을 포함하고, 상기 에피택셜층의 전류주입에 의한 발광과, 상기 발광에 의해 기판을 광여기해서 얻게되는 형광과의 2종류의 다른 파장의 발광을 혼합해서 적자색, 핑크색, 황색, 주황색, 백색의 어느 하나의 중간색을 발광하는 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자.And an epitaxial layer having a structure formed of a semiconductor crystal or an insulator crystal added with an impurity to be the center of fluorescence, and having a structure formed on the substrate to emit light by current injection. And a light emitting substrate LED device which emits any one of intermediate colors of reddish purple, pink, yellow, orange and white by mixing light emission of two different wavelengths with fluorescence obtained by photo-exciting a substrate by the light emission. . 제 1항에 있어서, 상기 결정기판의 구성원소조성, 불순물원소종(種), 불순물원소량, 기판두께를 변화시키고, 또 에피택셜층의 구조를 변화시킴으로써, 상기 2종류의 발광의 피크파장, 피크강도비를 조정하고, 소자의 발광의 색조를 변화시키는 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자.2. The peak wavelength of the two types of light emission according to claim 1, wherein the element composition, the impurity element species, the impurity element amount, the substrate thickness of the crystal substrate, and the structure of the epitaxial layer are changed. A light emitting substrate LED device characterized in that the peak intensity ratio is adjusted to change the color tone of light emission of the device. 제 2항에 있어서, 기판이 n형 AlGaAs기판이고, 에피택셜층의 활성층이, ZnSe층, ZnSSe/ZnCdSe층, ZnSeTe층의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자.The light emitting substrate LED device according to claim 2, wherein the substrate is an n-type AlGaAs substrate, and the active layer of the epitaxial layer is any one of a ZnSe layer, a ZnSSe / ZnCdSe layer, and a ZnSeTe layer. 제 3항에 있어서, 상기 AlGaAs기판에 도프하는 n형 불순물로서 Si를 사용하는 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자4. The light emitting substrate LED device according to claim 3, wherein Si is used as an n-type impurity doped into the AlGaAs substrate. 제 2항에 있어서, 기판이 GaP기판이고, 에피택셜층의 활성층이, GaInN층인 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자The light emitting substrate LED device according to claim 2, wherein the substrate is a GaP substrate and the active layer of the epitaxial layer is a GaInN layer. 제 5항에 있어서, 상기 GaP기판에 도프하는 불순물로서 Zn과 O를 사용하는 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자The light emitting substrate LED device according to claim 5, wherein Zn and O are used as impurities to dope the GaP substrate. 제 2항에 있어서, 기판이 ZnSe기판이고, 에피택셜층의 활성층이, ZnSe층, ZnSe/ZnCdSe층, ZnSeTe층의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자.The light emitting substrate LED device according to claim 2, wherein the substrate is a ZnSe substrate, and the active layer of the epitaxial layer is any one of a ZnSe layer, a ZnSe / ZnCdSe layer, and a ZnSeTe layer. 제 7항에 있어서, 상기 ZnSe기판에 도프하는 불순물로서 Al과 I를 사용하는 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자.8. The light emitting substrate LED device according to claim 7, wherein Al and I are used as impurities to dope the ZnSe substrate. 제 7항에 있어서, 상기 ZnSe기판에 도프하는 불순물로서 Al과 I를 사용하는 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자8. The light emitting substrate LED device according to claim 7, wherein Al and I are used as impurities to dope the ZnSe substrate. 제 7항에 있어서, 상기 ZnSe기판에 도프하는 불순물로서 Ag와 I를 사용하는 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자8. The light emitting substrate LED device according to claim 7, wherein Ag and I are used as impurities to dope the ZnSe substrate. 제 1항에 있어서, 기판이, 산소원자, 탄소원자 또는 질소빈구멍을 포함하는 n형 또는 p형 GaN단결정기판이며, 에피택셜층의 활성층이 Ga1-XInXN층인 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자.The light emitting device according to claim 1, wherein the substrate is an n-type or p-type GaN single crystal substrate including oxygen atoms, carbon atoms, or nitrogen voids, and the active layer of the epitaxial layer is a Ga 1-X In X N layer. Substrate LED device. 제 11항에 있어서, 발광구조가, Ga1-XInXN을 포함하는 다층구조로 이루어지고, 발광구조로부터 방출되는 광의 파장이 400nm∼510nm의 범위에 있고, 또한 GaN기판으로부터의 형광발광의 파장이 520nm∼650nm인 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자.12. The light emitting structure of claim 11, wherein the light emitting structure has a multilayer structure including Ga 1-X In X N, and the wavelength of light emitted from the light emitting structure is in the range of 400 nm to 510 nm, and the fluorescence emission from the GaN substrate is generated. A light emitting substrate LED device characterized in that the wavelength is 520nm to 650nm. 제 12항에 있어서, GaN기판의 두께를, 50㎛∼2mm의 범위에서 조정함으로써, 또 발광구조로부터의 발광파장을 변화시킴으로써, 얻게되는 백색광의 색조를 한색계로부터 난색계까지 변화시키는 일을 할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 발광기판LED소자.The method according to claim 12, wherein the color tone of the obtained white light can be changed from the warm color system to the warm color system by adjusting the thickness of the GaN substrate in the range of 50 µm to 2 mm and changing the emission wavelength from the light emitting structure. Light emitting substrate LED device, characterized in that.
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